C++14新特性详解 | 现代C++进阶指南

C++14新特性完全指南 #

引言 #

C++14作为C++11的增量更新，带来了一系列实用的改进，包括更灵活的类型推导、改进的constexpr支持等。本文将详细介绍这些新特性如何提升C++的开发效率。

函数返回值类型推导 #

C++14对函数返回类型推导规则做了优化，先看一段代码：

#include <iostream>
using namespace std;

auto func(int i) {
    return i;
}

int main() {
    cout << func(4) << endl;
    return 0;
}

使用C++11编译：

~/test$ g++ test.cc -std=c++11
test.cc:5:16: error: 'func' function uses 'auto' type specifier without trailing return type
auto func(int i)
    ^
test.cc:5:16: note: deduced return type only available with -std=c++14 or -std=gnu++14

上面的代码使用C++11是不能通过编译的，通过编译器输出的信息也可以看见这个特性需要到C++14才被支持。

返回值类型推导也可以用在模板中：

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T>
auto func(T t) {
    return t;
}

int main() {
    cout << func(4) << endl;
    cout << func(3.4) << endl;
    return 0;
}

注意：

函数内如果有多个return语句，它们必须返回相同的类型，否则编译失败

auto func(bool flag) {
    if (flag)
        return 1;
    else
        return 2.3; // error
}
// inconsistent deduction for auto return type: 'int' and then 'double'

如果return语句返回初始化列表，返回值类型推导也会失败

auto func() {
    return {1, 2, 3}; // error returning initializer list
}

如果函数是虚函数，不能使用返回值类型推导

struct A {
    // error: virtual function cannot have deduced return type
    virtual auto func() {
        return 1;
    }
};

返回类型推导可以用在前向声明中，但是在使用它们之前，翻译单元中必须能够得到函数定义

auto f();               // declared, not yet defined
auto f() {
    return 42;
} // defined, return type is int

int main() {
    cout << f() << endl;
}

返回类型推导可以用在递归函数中，但是递归调用必须以至少一个返回语句作为先导，以便编译器推导出返回类型。

auto sum(int i) {
    if (i == 1)
        return i;              // return int
    else
        return sum(i - 1) + i; // ok
}

Lambda表达式改进 #

lambda参数auto #

在C++11中，lambda表达式参数需要使用具体的类型声明：

auto f = [] (int a) { return a; };

在C++14中，对此进行优化，lambda表达式参数可以直接是auto：

auto f = [] (auto a) { return a; };
cout << f(1) << endl;
cout << f(2.3f) << endl;

模板功能增强 #

变量模板 #

C++14支持变量模板：

template<class T>
constexpr T pi = T(3.1415926535897932385L);

int main() {
    cout << pi<int> << endl;    // 3
    cout << pi<double> << endl; // 3.14159
    return 0;
}

别名模板 #

C++14也支持别名模板：

template<typename T, typename U>
struct A {
    T t;
    U u;
};

template<typename T>
using B = A<T, int>;

int main() {
    B<double> b;
    b.t = 10;
    b.u = 20;
    cout << b.t << endl;
    cout << b.u << endl;
    return 0;
}

constexpr的改进 #

C++14相较于C++11对constexpr减少了一些限制：

C++11中constexpr函数可以使用递归，在C++14中可以使用局部变量和循环

// C++14 和 C++11均可
constexpr int factorial(int n) {
    return n <= 1 ? 1 : (n * factorial(n - 1));
}

在C++14中可以这样做：

// C++11中不可，C++14中可以
constexpr int factorial(int n) {
    int ret = 0;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        ret += i;
    }
    return ret;
}

C++11中constexpr函数必须必须把所有东西都放在一个单独的return语句中，而constexpr则无此限制

// C++14 和 C++11均可
constexpr int func(bool flag) {
    return 0;
}

在C++14中可以这样：

// C++11中不可，C++14中可以
constexpr int func(bool flag) {
    if (flag)
        return 1;
    else
        return 0;
}

新增特性 #

[[deprecated]]标记 #

C++14中增加了deprecated标记，修饰类、变、函数等，当程序中使用到了被其修饰的代码时，编译时被产生警告，用户提示开发者该标记修饰的内容将来可能会被丢弃，尽量不要使用。

struct [[deprecated]] A { };

int main() {
    A a;
    return 0;
}

当编译时，会出现如下警告：

~/test$ g++ test.cc -std=c++14
test.cc: In function 'int main()':
test.cc:11:7: warning: 'A' is deprecated [-Wdeprecated-declarations]
    A a;
      ^
test.cc:6:23: note: declared here
struct [[deprecated]] A {

二进制字面量与整形字面量分隔符 #

C++14引入了二进制字面量，也引入了分隔符，防止看起来眼花哈~

int a = 0b0001'0011'1010;
double b = 3.14'1234'1234'1234;

标准库增强 #

std::make_unique #

我们都知道C++11中有std::make_shared，却没有std::make_unique，在C++14已经改善。

struct A {};
std::unique_ptr<A> ptr = std::make_unique<A>();

std::shared_timed_mutex与std::shared_lock #

C++14通过std::shared_timed_mutex和std::shared_lock来实现读写锁，保证多个线程可以同时读，但是写线程必须独立运行，写操作不可以同时和读操作一起进行。

实现方式如下：

struct ThreadSafe {
    mutable std::shared_timed_mutex mutex_;
    int value_;

    ThreadSafe() {
        value_ = 0;
    }

    int get() const {
        std::shared_lock<std::shared_timed_mutex> loc(mutex_);
        return value_;
    }

    void increase() {
        std::unique_lock<std::shared_timed_mutex> lock(mutex_);
        value_ += 1;
    }
};

std::integer_sequence #

template<typename T, T... ints>
void print_sequence(std::integer_sequence<T, ints...> int_seq) {
    std::cout << "The sequence of size " << int_seq.size() << ": ";
    ((std::cout << ints << ' '), ...);
    std::cout << '\n';
}

int main() {
    print_sequence(std::integer_sequence<int, 9, 2, 5, 1, 9, 1, 6>{});
    return 0;
}

输出：

7 9 2 5 1 9 1 6

std::integer_sequence和std::tuple的配合使用：

template <std::size_t... Is, typename F, typename T>
auto map_filter_tuple(F f, T& t) {
    return std::make_tuple(f(std::get<Is>(t))...);
}

template <std::size_t... Is, typename F, typename T>
auto map_filter_tuple(std::index_sequence<Is...>, F f, T& t) {
    return std::make_tuple(f(std::get<Is>(t))...);
}

template <typename S, typename F, typename T>
auto map_filter_tuple(F&& f, T& t) {
    return map_filter_tuple(S{}, std::forward<F>(f), t);
}

std::exchange #

直接看代码吧：

int main() {
    std::vector<int> v;
    std::exchange(v, {1,2,3,4});
    cout << v.size() << endl;
    for (int a : v) {
        cout << a << " ";
    }
    return 0;
}

看样子貌似和std::swap作用相同，那它俩有什么区别呢？

可以看下exchange的实现：

template<class T, class U = T>
constexpr T exchange(T& obj, U&& new_value) {
    T old_value = std::move(obj);
    obj = std::forward<U>(new_value);
    return old_value;
}

可以看见new_value的值给了obj，而没有对new_value赋值，这里相信您已经知道了它和swap的区别了吧！

std::quoted #

C++14引入std::quoted用于给字符串添加双引号，直接看代码：

int main() {
    string str = "hello world";
    cout << str << endl;
    cout << std::quoted(str) << endl;
    return 0;
}
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