C++11入门 - 技术栈

C++11简介

在2003年C++标准委员会提交了一份技术勘误表(简称TC1).使得C++03这个名字取代了C++98成为C++11之前的最新C++标准名称.

但由于C++03主要是对C++98标准中的漏洞进行修复,语言的核心部分则没有改动,因此人们习惯的把这两个标准合并称为C++98/03标准.

从C++0x到C++11,C++标准10年磨一剑,第二个真正意义上的标准珊珊来迟.相比C++98/03,C++11则带来了数量可观的变化,其中包含了约140个新特性,以及对C++03标准中约600个缺陷修正,这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言.

相比较而言,C++11能更好的用于系统开发和库开发,语言更加的泛华和简单,更加的稳定和安全,不仅功能强大,而且能提升程序员的开发效率,公司实际开发项目中也用的比较多.

统一的列表初始化

{}的初始化

C++98中,标准允许使用大括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表此时化定值.比如:

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	//使用大括号对数组元素进行初始化
	int array1[] = { 1,2,3,4,5 };
	int array2[] = { 0 };

	//使用大括号对结构体元素进行初始化
	Point p = { 1,2 };
	return 0;
}

C++11扩大了用大括号起来的列表{初始化列表}的使用范围,使其可以用于所有内置类型和用户自定义的类型,使用初始化列表时,可以添加等号,也可不添加.比如:

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};

int main()
{
	int x1 = { 1 };
	int x2{ 2 };

	int array1[]{1,2,3,4,5};
	int array[5]{ 0 };

	Point p{ 1,2 };

	int* p1 = new int[4] {0};
	int* p2 = new int[4] {1, 2, 3, 4};
	return 0;
}

注意:用大括号对new表达式初始化时不能加等号.

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化.比如:

class Date
{
public:
	Date(int year,int month,int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{
		cout << "Date(int year,int month,int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	//一般调用构造函数创建对象的方式
	Date d1(2023, 12, 2);
	//c++11支持的列表初始化,这里也会调用构造函数初始化
	Date d2{ 2023,12,3 };
	Date d3 = { 2023,12,4 };
	return 0;
}

initializer_list容器

C++11中新增了initializer_list容器,该容器没有提供过多的成员函数.

提供了being和end函数,用于支持迭代器遍历.

以及size函数支持获取容器中元素的个数.

initializer_list本质就是一个大括号括起来的列表,如果用auto关键字定义一个变量来接收一个括起来的初始化列表,然后typeid(变量名).name()的方式查看该变量的类型,此时你会发现该变量的类型就是initializer_list.

int main()
{
	auto li = { 1,2,3,4,5 };
	cout << typeid(li).name() << endl;//class std::initializer_list<int>
	return 0;
}

initializer_list的使用场景

initializer_list容器没有提供对应的增删查改等接口,因为initializer_list并不是专门用于存储数据的,而是为了让其他容器支持列表初始化的.比如:

class Date
{
public:
	Date(int year,int month,int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{
		cout << "Date(int year,int month,int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4,5 };
	list<int> li = { 10,20,30,40,50 };

	vector<Date> vd = { Date(2023,12,2),Date(2023,12,3),Date(2023,12,4) };
	map<string, string> m{ make_pair("sort","排序"),make_pair("insert","插入") };

	//用大括号扩起来的列表对容器赋值
	v = { 5,4,3,2,1,0 };
	return 0;
}

C++98并不支持直接用列表对容器进行参数化,这种方式是在c++11引入initializer_list后才支持的.

而这些容器之所以支持使用列表进行初始化,根本原因是因为C++11给这些容器都增加了一个构造函数,这个构造函数就是以initializer_list作为参数的.

当用列表对容器进行初始化时,这个列表被识别成initializer_list类型,于是就会调用这个新增的构造函数对该容器进行初始化.

这个新增的构造函数要做的就是遍历initializer_list中的元素,然后将这些元素依次插入到要初始化的容器当中即可.

initializer_list使用实例

以我们以前写的vector容器,如果要让其支持列表初始化,就需要增加一个initializer_list作为参数的构造函数.比如:

namespace lzw
{
	template<class T>
	class vector
	{
		vector(initailizer_list<T> il)
		{
			_start = new T[il.size()];
			_finish = _start;
			_endofstrorage = _start + il.size();
			for (auto e : il)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		vector<T>& operator=(initializer_list<T> il)
		{
			vector<T> temp(il);
			std::swap(_start, temp._start);
			std::swap(_finish, temp._finish);
			std::swap(_endofstorage, temp._endofstorage);
			return *this;
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

说明一下:

在构造函数中遍历initializer_list时可以使用迭代器遍历,也可以使用范围for遍历,范围for底层实际采用的就是迭代器方式遍历.

使用迭代器方式遍历时,需要在迭代器类型前面加上typename关键字,指明这是一个类型名字,因为这个迭代器类型定义在一个类模板中,在该类模板未被实例化之前编译器是无法识别这个类型的.

最好也增加一个以initializer_list作为参数的赋值运算符重载函数,以支持直接使用列表对容器对象进行赋值,但实际也可以不增加.

如果没有增加以initializer_list作为参数的赋值运算符重载函数,下面的代码也可以正常执行:

vector<int> v = {1,2,3,4,5};
v = {5,4,3,2,1};

解释:

对于第一行代码,就是调用以initializer_list为参数的构造函数完成对象的初始化.

而对于第二行代码,会先调用initializer_list作为参数的构造函数构造出一个vector对象,然后再调用vector原有的赋值运算符重载函数完成两个vector对象之间的赋值.

声明

C++11提供了多种简化声明的方式,尤其是在使用模板参数的时候.

auto

在C++98中auto是一个存储类型的说明符,表明变量是局部自动存储类型,但是局部域中定义局部变量默认就是自动存储类型,所以auto就没什么价值了.

C++11中废弃auto原来的用法,将其用于实现自动类型推断.这样要求必须进行显示初始化,让编译器将定义对象的类型设置为初始化类型的值.比如:

int main()
{
	int i = 10;
	auto p = &i;
	auto pf = strcpy;

	cout << typeid(p).name() << endl;//int * __ptr64
	cout << typeid(pf).name() << endl;//char * __ptr64 (__cdecl*)(char * __ptr64,char const * __ptr64)

	map<string, string> dict = { {"sort","排序"},{"insert","插入"} };
	auto it = dict.begin();//简化代码
	return 0;
}

自动类型推断在某些场景下还是非常必要的,因为编译器要求在定义时必须先给变量的实际类型,而如果我们自己设定类型在某些情况下可能会出现问题.比如:

int main()
{
	short a = 32670;
	short b = 32670;
	//c如果给short,会造成数据丢失,如果能够让编译器根据a+b的结果推到出c的实际类型,就不会存在问题
	auto c = a + b;
	return 0;
}

decltype

关键字dectltype可以将变量的类型声明为表达式指定的类型.比如:

template<class T1,class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{
	decltype(t1 * t2) ret;
	cout << typeid(ret).name() << endl;
}

int main()
{
	const int x = 1;
	double d = 2.2;

	decltype(x * d) ret;
	decltype(&x) p;
	cout << typeid(ret).name() << endl;//double
	cout << typeid(p).name() << endl;//int const *

	F(1, 'a');//int
	F(1, 2.2);//double
	return 0;
}

注意:通过typeid(变量名).name()的方式可以获取一个变量的类型,但无法获取到这个这个类型去定义变量.

decltype除了能够推演表达式的类型,还能推演函数返回值的类型.比如:

void* GetMemory(size_t size)
{
	return malloc(size);
}

int main()
{
	//如果没有带参数,推到函数的类型
	cout << typeid(decltype(GetMemory)).name() << endl;
	//如果带参数,推导的是函数返回值的类型,注意:此处只是推演,不会执行函数
	cout << typeid(decltype(GetMemory(0))).name() << endl;
	return 0;
}

decltype不仅可以指定定义出变量类型,还可以指定函数返回类型.比如:

template<class T1,class T2>
auto Add(T1 t1, T2 t2)->decltype(t1+t2)
{
	decltype(t1 + t2) ret;
	ret = t1 + t2;
	cout << typeid(ret).name() << endl;
	return ret;
}

int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;//int 
	cout << Add(1, 1.2) << endl;//double
}

nullptr

由于c++中NULL被定义成字面变量0,这样就可能会带来一些问题,因为0既能表示指针常量,又能表示整型常量.所以出于清晰和安全的角度考虑,c++11中新增了nullptr.用于表示空指针.

在大部分情况下使用NULL不会存在什么问题,但是在某些极端场景下可能会导致错误匹配.比如:

void f(int arg)
{
	cout << "void f(int arg)" << endl;
}
void f(int* arg)
{
	cout << "void f(int* arg)" << endl;
}

int main()
{
	f(NULL);//void f(int arg)
	f(nullptr);//void f(int* arg)
	return 0;
}

NULL和nullptr的含义都是空指针,所以这里调用函数时肯定希望匹配到的都是参数类型为int* 的重载函数,但最终却因为NULL本质是字面量0.而导致NULL匹配到了参数为int类型的重载函数,因此在C++中一般推荐使用nullptr.

范围for循环

范围for的语法

若是在C++98中我们要遍历一个数组,可以按照一下方式:

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	for (size_t i = 0; i < sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); i++)
	{
		arr[i] *= 2;
	}
	for (size_t i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

以上方式也是c语言中所用的数组遍历的方式,但对于一个有范围的集合而言,循环数多余的,也是还容易犯错.

C++11中引入了基于范围for循环,for循环后的括号由冒号分为两部分,第一部分是范围内用于迭代的变量,第二部分则表示被迭代的范围.比如:

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	for (auto& e : arr)
	{
		e *= 2;
	}
	for (auto& e : arr)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

注意:与普通循环类似,可用continue来结束本次循环,也可以用break来跳出整个循环.

范围for的使用条件

一,for循环迭代的范围必须是确定的

对于数组而言,就是数组中的第一个元素和最后一个元素的范围,对于类而言,因该提供begin和end方法.begin和end就是for循环迭代的范围.

二,迭代的对象要支持++和==操作

范围for本质是由迭代器支持的,在编译的时候,编译器会自动将范围for替换为迭代器的形式.而由于在使用迭代器遍历对象时需要对对象进行++和==操作,因此使用范围for的对象也需要支持++和==操作.

STL中一些变化

array容器本质就是一个静态数组,即固定大小的数组.

array容器有两个模板参数,第一个模板参数代表的时存储的数据类型,第二个模板参数时一个非类型模板参数,代表的数组中存储元素的个数.比如:

int main()
{
	array<int, 10> a1;//定义一个可以存储10个int类型的元素array容器
	array<double, 5> a2;//定义一个可以存储5个double类型的array容器
	return 0;
}

array容器与普通数组相比:

array容器与普通数组一样,支持通过[]访问指定的元素,也支持使用范围for遍历数组元素,并且创建后数组的大小也不可改变.

array容器与普通数组不同之处就是,array容器用以一个类对数组进行封装,并且在访问array容器中的元素时会进行越界检查.用[]访问元素时采用断言检查,调用at成员函数访问元素时采用抛异常检查.

而对于普通数组来说,一般只有对数组进行读写操作时才会进行越界检查,如果只时是越界进行读操作并不会报错.

但array容器与其他容器不同的是,array容器的对象是创建在栈上的,因此array容器不适合定义太大的数组.

二,forward_list容器

forward_list容器本质就是一个单链表.

forward_list很少使用,原因如下:

forward_list只支持头插头删,不支持尾插尾删,因为单链表在进行尾插尾删时需要先找尾,时间复杂度为O(N).

forward_list提供的插入函数叫做insert_after,也就是在指定函数后面插入一个元素,而不像其他容器在指定的前面插入一个元素,因为单链表如果要在指定元素的前面插入元素,还要遍历链表找到该元素的前一个元素,时间复杂度为O(N).

forward_list提供的删除函数叫做erase_after,也就是删除指定元素后面的一个元素,因为单链表如果要删除指定元素,还需要遍历表找到指定元素的前面一个元素,时间复杂度为O(N).

因此一般情况下要用链表我们还是选择list容器.

三,unordered_map和unordered_set容器

unordered_map和unordered_set容器底层采用的都是哈希表.

字符串转换函数

C++11提供了各种内置类型与string之间的相互转换,比如to_string,stoi,stol,stod等函数.

一将内置类型转换成string类型统一调用to_string函数,因为to_string函数为各种内置类型重载了对应的处理函数.

二,string转换成内置类型

如果将string类型转换成内置类型,则调用对应的转换函数即可.

容器中的一些方法

C++11为每个容器都增加了一些方法,比如:

提供了一个initializer_list作为参数的构造函数,由于支持列表初始化.

提供了cbegin和cend方法,用于返回const迭代器.

提供了emplace系列方法,并在容器原有插入方法的基础上重载了一个右值引用版本的插入,用于提高向容器中插入元素的效率