C++11的介绍（上）

1.C++11的简介

在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表(简称TC1)，使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称。不过由于C++03(TC1)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，因此人们习惯性的把两个标准合并称为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。相比于 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个缺陷的修正，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能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。C++11增加的语法特性非常篇幅非常多，我们这里没办法一一讲解，所以本次博客主要讲解实际中比较实用的语法。

1998年是C++标准委员会成立的第一年，本来计划以后每5年视实际需要更新一次标准，C++国际标准委员会在研究C++ 03的下一个版本的时候，一开始计划是2007年发布，所以最初这个标准叫C++07。但是到06年的时候，官方觉得2007年肯定完不成C++07，而且官方觉得2008年可能也完不成。最后干脆叫C++0x。x的意思是不知道到底能在07还是08还是09年完成。结果2010年的时候也没完成，最后在2011年终于完成了C++标准，所以最终定名为C++11。

2.C++11语法介绍

C++11中更新了一些特性是关于初始化，有些地方叫列表初始化，就是用一对花括号去进行初始化：

c语言的初始化列表支持的是数组和结构体。c++11把这个特性进行了一些扩展，首先：

以前的初始化要带等号，现在的初始化可以把等号去了，这表达的是一切皆可用花括号来初始化，可以不写等号，但是不太建议。看一下下图：

p0没有问题，猜一猜p1和p2这样写调不调用构造函数？会的，意味着编译器识别时虽然识别到是这样写的，但还是会调用构造函数，p0 p1 p2的本质是一样的。还可以支持这样：

第二个会失败，可以这样：

之前说过单参数构造支持隐式类型转换，有了花括号相当于多参数构造也支持隐式类型转换，如：A a = 5，如果没支持要这样写------A a = A(5)或A a(5)。B b = {3, 2,5}，如果没支持这样写------B b = B(3, 2.5)或B b(3, 2.5)。同时回顾一下这里：Pointer& r = {3, 3}，这样不支持，加const就支持了，因为类型转换都会产生临时对象，临时对象具有常性。再看下一部分：

第44行和45行不是同一个语法，第44行的后面还可以{1，2，3，4，3}这样加各种值；45行不可以，因为它的构造就两个参数。再看下图：

C++11把直接写的列表新增了一个类型叫initializer_list：

只要是花括号列表括起来的可识别是一个initializer_list：

也可认为它是一个容器。它的原理是：{10，20，30}这是个常量数组，存在常量区的。底层大概是这样：

把常量数组赋值过来，就让_start指向开始，_finish指向结束位置的下一个位置。也可以这样写：initializer_list<int> il = {10,20,30}，本质还是调用initializer_list的构造函数，会想办法取到这段空间开始和结束的地址给_start和_finish。那vector<int> v1 = {1,2,3,4}这样是怎么支持的？因为vector写了这样的构造函数：

initializer_list没规定构造几个，vector里面应该要reserve(li.size())，initializer_llist支持迭代器也就支持范围for：

继续看，如果用我们自己写的vector：yxx::vector<int> v1 = {1,2,3,4,5}，这样不支持，报错说不能支持类型转换。若想支持就要提供一个构造函数(参数是initializer_list的构造函数)，这样才可以编译过：

如果是map怎么初始化？直接map<string, string> dict = {"sort"，"排序"，"left"，"左边"}不行，map也支持了initializer_list的构造，但是map这的initializer_list的T是个pair，所以要{ {...}, {...} }这样写包含双重定义，最外的两个括号代表initializer_list，里面的两个可写成pair有名/匿名对象/花括号，若是花括号就类似于又走了一个像Point p1 = {1,13}这个样子。

下一部分来看看关于C++11中的一些声明，首先是auto，auto已经用的很多了，可用来自动识别。auto的最多场景还是在范围for中，还有写迭代器太长，可直接用auto推导。下一个来看一个东西叫decltype，它可以用来推导类型：

并且能用推导的类型定义一个变量，不用初始化也可以。它可以用于这样的场景：

main中传一个类型要去实例化B，如B<>bb，不想写函数指针怎么办？此时可以B<decltype(pf)> bb。typeid推出的类型是一个字符串，只能看不能用；auto不能单独不能初始值定义变量；decltype推出对象的类型，可再定义变量，或者作为模板实参，还可以推一个表达式：

下面是nullptr，它补了C++库定义的一个坑(之前详细说过)；范围for也详细说过了，智能指针后面详细说。下一部分是C++11中stl的一些变化，第一部分是新容器：

用颜色圈起来的都是C++11新增的，map和set很熟了，array是一个静态数组，用非模板参数定义数组的大小，对比静态数组而言大多没区别，唯一的好处是对越界检查严格：

forward_list是一个单链表：

只支持了头插和头删，没有尾插和尾删，因为要找前一个。它的insert和erase也是在当前位置之后插入和删除，非说优势就是每个结点节省了一个指针，总之array和forward_list都很鸡肋。第二部分是还在容器里弄了这些新的关于迭代器的接口：

const版本的迭代器弄了个cbegin等，可能是怕区分不清楚，但还是很鸡肋。第三部分说些有用的，所有的容器均支持了用花括号初始化的构造函数。再看下图：

所有容器针对插入的都提供了一个emplace系列的接口，这里涉及了右值引用和模板的可变参数(后面说)。第四部分是还在容器新增了移动构造和移动赋值。

3.右值引用和移动语义

下一部分来看右值引用和移动语义，首先要区分右值引用，我们要对左值和右值有一定的概念。很多人最初认为在赋值符号的左边是左值，右边是右值，这样说对吗？

a是左值10是右值没有问题；下面b是左值a是什么还不一定。那什么是左值呢？

也就是可以取地址，左值可以出现在赋值符号的左边和右边，但右值不能出现在左边。如const int a = 0，a是左值，虽然不能赋值但是可以取地址。比如常见的左值：

那什么是右值呢？

右值的特点是不能取地址，一般在右边，不能出现在右边。比如对应的右值的场景：

了解上述后看个东西，觉得"xxxx"常量字符串是左值还是右值？返回的是首元素的地址，是左值。

下一部分来看看左值引用和右值引用：引用是取别名，左值引用就是给左值取别名，右值引用就是给右值取别名。一个&是左值引用，两个&是右值引用。比如：

那左值引用能否给右值取别名？比如int& r2 = 10，这样不可以，除非const int& r2 = 10可以，const左值引用可以引用右值。那右值引用能否引用左值？

直接给不可以，除非int&& r7 = move(a)，右值引用可以引用move以后的左值。左值引用的使用场景有：1.做参数。2.做返回值(价值是可以减少拷贝)。但是局部对象返回不能用左值引用解决，所以只能传值返回。下面继续，写个func函数，里面有左值引用；再写个func函数，里面有右值引用：

它们是否构成函数重载呢？是的，一个接收左值，一个接收右值。那下图呢？

也是构成重载的，没有出现调用歧义，走的是匹配的。继续回到上面：

传值返回的代价非常大，要先拷贝构造一个对象，再赋值给ret2，并且中间深拷贝付出了代价最后反而又销毁了。此时可以这样，写一个赋值，与原来赋值构成重载：

如果是左值走上面，是右值走下面(自定义类型右值可能有哪些？可能有函数传值反回)。很多地方为了区分把内置类型右值叫纯右值，自定义类型的右值叫将亡值。比如自定义类型右值存在的地方：表达式s1+s2本质是运算符重载，to_string是函数调用，返回的是临时对象：

func函数返回的是右值中的将亡值，因为它的生命周期只在ret2 = func()这一行，再往下走就析构了。此时看，ret2 = func()这是个赋值，比如：

是左值只能老实的深拷贝，若是右值将亡值，可用移动拷贝，它可以把资源拷过来。下面看，是右值将亡值可做深拷贝，但还可以做移动拷贝(一交换帮忙带走)：

这样代价低了很多，因为它是转移资源。再看下图：

如果传值返回，中间会生成一个临时对象，临时对象是个将亡值，可用移动构造降低拷贝的代价。再看一个场景：

这如果不优化是拷贝生成一个临时对象，临时对象再拷贝给ret1，所以可实现一个移动拷贝：

实现后可以对比一下，如果编译器完全不优化和编译器优化的样子：

这些调用移动拷贝的效率大大提升比起拷贝构造。此时有人会问编译器不是把返回那里识别为右值了，为啥不能这样：

这样返回的是str的别名，它会正常销毁，拿到的是野指针。只有传值返回+优化编译器才能把它强行识别为右值。再看这样的场景：

之前两次深拷贝，现在变成了直接转移资源。可以结合以前的杨辉三角例子看看优化：

所以stl的重大变化是给所有容器增加移动构造和移动赋值，这是个大福利，可以提高效率。

右值引用的核心价值是进一步减少拷贝，弥补左值引用没有解决的场景，比如传值返回。下面看场景1：自定义类型中深拷贝的类必须是传值返回的场景，不是深拷贝的价值不大：

再回顾一下右值引用对场景1的好处：

如果没有移动构造，就算编译器优化都开，也要开一段和ret一样大的空间，把数据拷过来，出作用域后ret那段又销毁了：

这样非常的浪费，现在有了右值引用，它可以很好的和左值引用进行区分。但也不是所有的拷贝都是转移资源，比如：

这不是将亡值，左值就老实拷贝。区分出左值和右值的核心区别到底是什么？对编译器而言是赋予了一个权限，返回一个将亡值意味着你马上就要走了，所以就直接把资源转过来，否则析构时把资源带走了，这里ret就指向空：

再看下图：

把ret3 move一下会发生什么吗？不会，也就是move一下不会改变ret3的属性。要改变ret3本身的属性需要这样写：

通过这里可猜测一下move(ret3)这里是个函数调用，会返回右值且右值和ret3中的资源是一样的。也可以这样理解，返回的是ret3的引用，但这个值会变为右值，ret3本身没有变右值，返回的是ret3的右值。所以把一个值move以后再去拷贝构造要小心一些，相当于赋予了别人一个权力，可把你的资源给抢走。move的意义就是我想让一个对象资源被别人抢走，就move一下再交给别人，不想就别去动。下面看看场景2(用自己写的，这样方便看拷贝或移动构造)，先看结果：

push_back尾插了一个结点，结点里面有一个string，以前是这样的过程：

Node里发生拷贝构造，跟s开一样大的空间。现在push_back一个右值，右值引入一个函数：

push_back一个右值会调用右值的函数，再走到Node处是右值引用，调移动构造把资源都移过来。日常中会这样写：

这样写也是一个移动构造，因为不能直接传值给string。先是构造临时或匿名对象，然后传左值过去资源转移。意味着这里比以前方式少拷贝一次，以前是构造+拷贝构造，现在是构造+移动构造。连续拷贝优化在同一行同一步骤，假如屏蔽移动构造，就都是构造+拷贝构造。那屏蔽后威慑右值也是深拷贝？

因为有const的左值引用，可以接收左值和右值。这也体现出右值引用出现的意义是能区分左值和右值。可以再看看没有移动构造和有移动构造的区别：

右值引用的1移动语义值的就是，利用右值引用实现移动构造和移动赋值。总结一下场景2：容器的插入接口，如果插入对象是右值，可以利用移动构造转移资源给数据结构中的对象，也可以减少拷贝，所以很多容器的插入实现了右值引用的版本。

下一部分来看看完美转发：

这有左值引用，const左值引用，右值引用，const右值引用。再看下图：

有个函数，函数的参数是右值引用，可以接收右值，那它能接收左值吗？按之前的说法不可以，但是现在可以。模板中T&&不是右值引用，它可以认为是万能引用，意思是既可以接收左值，也可以接收右值。实参是左值，它就是左值引用；实参是右值，它就是右值引用。引用折叠就是比如传左值推出来是int& t这样，两个符号折叠了一下，所以称为引用折叠。下面来看一个问题，Func(t)能否调用上面对应的函数？可以的：

但是结果中调的都是左值引用，难道都折叠了？而且有些地方传的是右值，调用的还是左值引用。再来看下面：

r和rr分别是左值还是右值呢：

从属性上来说它们都是左值，从地址上来说它们地址一样。可以这样理解：我是右值，我不能修改，你是我的引用，可认为你开了一块空间，把我的值给存起来了，比如：

现在回头来看：

t的属性是左值，因此匹配的是左值引用，这就是为什么匹配的都是左值引用。那如果就想让t保持它原有的属性呢？c++给了我们一个东西可保持它的属性，这个东西叫完美转发，它是库里的一个函数，这样用：

有了这个就非常灵活：

左边这样的情况属性被识别为左值，这样才能完成资源转移；右边这样的情况val被识别为左值，这样会匹配const string& val，但需要它保持右值属性，这里可以利用完美转发，让它匹配到右值调那一个(也就是最开始匹配了左值和右值的，第二次的时候右值变量有了左值的属性)。下面把完美转发利用到链表中感受一下，为了方便测试屏蔽一下，顺便string的拷贝用正常的方式：