C++17新特性完全指南 #

引言 #

本文介绍下C++17的新特性，现在基本上各个编译器对C++17都已经提供完备的支持，建议大家编程中尝试使用下C++17，可以一定程度上简化代码编写，提高编程效率。

主要新特性如下：

构造函数模板推导
结构化绑定
if-switch语句初始化
内联变量
折叠表达式
constexpr lambda表达式
namespace嵌套
__has_include预处理表达式
在lambda表达式用*this捕获对象副本
新增Attribute
字符串转换
std::variant
std::optional
std::any
std::apply
std::make_from_tuple
as_const
std::string_view
file_system
std::shared_mutex

下面一一介绍：

构造函数模板推导 #

在C++17前构造一个模板类对象需要指明类型：

pair<int, double> p(1, 2.2); // before c++17

C++17就不需要特殊指定，直接可以推导出类型，代码如下：

pair p(1, 2.2); // c++17 自动推导
vector v = {1, 2, 3}; // c++17

结构化绑定 #

通过结构化绑定，对于tuple、map等类型，获取相应值会方便很多，看代码：

std::tuple<int, double> func() {   
    return std::tuple(1, 2.2);
}
int main() {   
    auto[i, d] = func(); //是C++11的tie吗？更高级   
    cout << i << endl;   
    cout << d << endl;
}
//==========================
void f() {   
    map<int, string> m = {    
        {0, "a"},    
        {1, "b"},    
    };   
    for (const auto &[i, s] : m) {       
        cout << i << " " << s << endl;   
    }
}
// ====================
int main() {   
    std::pair a(1, 2.3f);   
    auto[i, f] = a;   
    cout << i << endl; // 1   
    cout << f << endl; // 2.3f   
    return 0;
}

结构化绑定还可以改变对象的值，使用引用即可：

// 进化，可以通过结构化绑定改变对象的值
int main() {   
    std::pair a(1, 2.3f);   
    auto& [i, f] = a;   
    i = 2;   
    cout << a.first << endl; // 2
}

注意结构化绑定不能应用于constexpr

constexpr auto[x, y] = std::pair(1, 2.3f); // compile error, C++20可以

结构化绑定不止可以绑定pair和tuple，还可以绑定数组和结构体等。

int array[3] = {1, 2, 3};
auto [a, b, c] = array;
cout << a << " " << b << " " << c << endl;
// 注意这里的struct的成员一定要是public的
struct Point {   
    int x;   
    int y;
};
Point func() {   
    return {1, 2};
}
const auto [x, y] = func();

这里其实可以实现自定义类的结构化绑定，代码如下：

// 需要实现相关的tuple_size和tuple_element和get<N>方法。
class Entry {public:   
    void Init() {       
        name_ = "name";       
        age_ = 10;   
    }
    std::string GetName() const { return name_; }   
    int GetAge() const { return age_; }private:   
    std::string name_;   
    int age_;
};
template <size_t I>
auto get(const Entry& e) {   
    if constexpr (I == 0) return e.GetName();   
    else if constexpr (I == 1) return e.GetAge();
}
namespace std {   
    template<> struct tuple_size<Entry> : integral_constant<size_t, 2> {};   
    template<> struct tuple_element<0, Entry> { using type = std::string; };   
    template<> struct tuple_element<1, Entry> { using type = int; };
}
int main() {   
    Entry e;   
    e.Init();   
    auto [name, age] = e;   
    cout << name << " " << age << endl; // name 10   
    return 0;
}

if-switch语句初始化

C++17前if语句需要这样写代码：

int a = GetValue();
if (a < 101) {   
    cout << a;
}

C++17之后可以这样：

// if (init; condition)
if (int a = GetValue(); a < 101) {   
    cout << a;
}
string str = "Hi World";
if (auto [pos, size] = pair(str.find("Hi"), str.size()); pos != string::npos) {   
    std::cout << pos << " Hello, size is " << size;
}

使用这种方式可以尽可能约束作用域，让代码更简洁，但是可读性略有下降。

内联变量 #

C++17前只有内联函数，现在有了内联变量，我们印象中C++类的静态成员变量在头文件中是不能初始化的，但是有了内联变量，就可以达到此目的：

// header file
struct A {   
    static const int value;  
};
inline int const A::value = 10;
// ==========或者========
struct A {   
    inline static const int value = 10;
}

折叠表达式 #

C++17引入了折叠表达式使可变参数模板编程更方便：

template <typename ... Ts>
auto sum(Ts ... ts) {   
    return (ts + ...);
}
int a {sum(1, 2, 3, 4, 5)}; // 15
std::string a{"hello "};
std::string b{"world"};
cout << sum(a, b) << endl; // hello world

constexpr lambda表达式

C++17前lambda表达式只能在运行时使用，C++17引入了constexpr lambda表达式，可以用于在编译期进行计算。

int main() { // c++17可编译   
    constexpr auto lamb = [] (int n) { return n * n; };   
    static_assert(lamb(3) == 9, "a");
}

注意

constexpr函数有如下限制：

函数体不能包含汇编语句、goto语句、label、try块、静态变量、线程局部存储、没有初始化的普通变量，不能动态分配内存，不能有new delete等，不能虚函数。

namespace嵌套 #

namespace A {   
    namespace B {       
        namespace C {           
            void func();      
        }  
    }
}
// c++17，更方便更舒适
namespace A::B::C {   
    void func();
}

__has_include预处理表达式 #

可以判断是否有某个头文件，代码可能会在不同编译器下工作，不同编译器的可用头文件有可能不同，所以可以使用此来判断：

#if defined __has_include
#if __has_include(<charconv>)
#define has_charconv 1
#include <charconv>
#endif
#endif
std::optional<int> ConvertToInt(const std::string& str) {   
    int value{}; #ifdef has_charconv   
    const auto last = str.data() + str.size();   
    const auto res = std::from_chars(str.data(), last, value);   
    if (res.ec == std::errc{} && res.ptr == last) return value; #else   
    // alternative implementation...   其它方式实现 #endif   
    return std::nullopt;
}

在lambda表达式用*this捕获对象副本 #

正常情况下，lambda表达式中访问类的对象成员变量需要捕获this，但是这里捕获的是this指针，指向的是对象的引用，正常情况下可能没问题，但是如果多线程情况下，函数的作用域超过了对象的作用域，对象已经被析构了，还访问了成员变量，就会有问题。

struct A {   
    int a;   
    void func() {       
        auto f = [this] {           
            cout << a << endl;      
        };       
        f();  
    } 
};
int main() {   
    A a;   
    a.func();   
    return 0;
}

所以C++17增加了新特性，捕获*this，不持有this指针，而是持有对象的拷贝，这样生命周期就与对象的生命周期不相关啦。

struct A {   
    int a;   
    void func() {       
        auto f = [*this] { // 这里           
            cout << a << endl;      
        };       
        f();  
    } 
};
int main() {   
    A a;   
    a.func();   
    return 0;
}

新增Attribute #

我们可能平时在项目中见过__declspec__,__attribute__ , #pragma指示符，使用它们来给编译器提供一些额外的信息，来产生一些优化或特定的代码，也可以给其它开发者一些提示信息。

例如：

struct A { short f[3]; } __attribute__((aligned(8)));
void fatal() __attribute__((noreturn));

在C++11和C++14中有更方便的方法：

[[carries_dependency]] 让编译期跳过不必要的内存栅栏指令
[[noreturn]] 函数不会返回
[[deprecated]] 函数将弃用的警告
[[noreturn]] void terminate() noexcept;
[[deprecated("use new func instead")]] void func() {}

C++17又新增了三个：

[[fallthrough]] #

用在switch中提示可以直接落下去，不需要break，让编译期忽略警告

switch (i) {}    
case 1:        
    xxx; // warning    
case 2:        
    xxx;        
    [[fallthrough]];      // 警告消除    
case 3:        
    xxx;       
break;
}

使得编译器和其它开发者都可以理解开发者的意图。

[[nodiscard]] #

表示修饰的内容不能被忽略，可用于修饰函数，标明返回值一定要被处理

[[nodiscard]] int func();
void F() {    
    func(); // warning 没有处理函数返回值
}

[[maybe_unused]] #

提示编译器修饰的内容可能暂时没有使用，避免产生警告

void func1() {}[[maybe_unused]] void func2() {} // 警告消除
void func3() {    
    int x = 1;    
    [[maybe_unused]] int y = 2; // 警告消除
}

字符串转换 #

新增from_chars函数和to_chars函数，直接看代码：

#include <charconv>
int main() {    
    const std::string str{"123456098"};    
    int value = 0;    
    const auto res = std::from_chars(str.data(), str.data() + 4, value);    
    if (res.ec == std::errc()) {        
        cout << value << ", distance " << res.ptr - str.data() << endl;    
    } else if (res.ec == std::errc::invalid_argument) {        
        cout << "invalid" << endl;    
    }    
    str = std::string("12.34");    
    double val = 0;    
    const auto format = std::chars_format::general;    
    res = std::from_chars(str.data(), str.data() + str.size(), value, format);
    str = std::string("xxxxxxxx");    
    const int v = 1234;    
    res = std::to_chars(str.data(), str.data() + str.size(), v);    
    cout << str << ", filled " << res.ptr - str.data() << " characters \n";    
    // 1234xxxx, filled 4 characters
}

std::variant #

C++17增加std::variant实现类似union的功能，但却比union更高级，举个例子union里面不能有string这种类型，但std::variant却可以，还可以支持更多复杂类型，如map等，看代码：

int main() { // c++17可编译    
    std::variant<int, std::string> var("hello");    
    cout << var.index() << endl;    
    var = 123;    
    cout << var.index() << endl;
    try {        
        var = "world";        
        std::string str = std::get<std::string>(var); // 通过类型获取值        
        var = 3;        
        int i = std::get<0>(var); // 通过index获取对应值        
        cout << str << endl;        
        cout << i << endl;    
    } catch(...) {        
        // xxx;    
    }    
    return 0;
}

注意

一般情况下variant的第一个类型一般要有对应的构造函数，否则编译失败：

struct A {    
    A(int i){} 
};
int main() {    
    std::variant<A, int> var; // 编译失败
}

如何避免这种情况呢，可以使用std::monostate来打个桩，模拟一个空状态。

std::variant<std::monostate, A> var; // 可以编译成功

std::optional #

我们有时候可能会有需求，让函数返回一个对象，如下：

struct A {}; 
A func() {    
    if (flag) return A();    
    else {        
        // 异常情况下，怎么返回异常值呢，想返回个空呢    
    }
}

有一种办法是返回对象指针，异常情况下就可以返回nullptr啦，但是这就涉及到了内存管理，也许你会使用智能指针，但这里其实有更方便的办法就是std::optional。

std::optional<int> StoI(const std::string &s) {    
    try {        
        return std::stoi(s);    
    } catch(...) {        
        return std::nullopt;    
    }
}
void func() {    
    std::string s{"123"};    
    std::optional<int> o = StoI(s);    
    if (o) {        
        cout << *o << endl;    
    } else {        
        cout << "error" << endl;    
    }
}

std::any #

C++17引入了any可以存储任何类型的单个值，见代码：

int main() { // c++17可编译    
    std::any a = 1;    
    cout << a.type().name() << " " << std::any_cast<int>(a) << endl;    
    a = 2.2f;    
    cout << a.type().name() << " " << std::any_cast<float>(a) << endl;    
    if (a.has_value()) {        
        cout << a.type().name();    
    }    
    a.reset();    
    if (a.has_value()) {        
        cout << a.type().name();    
    }    
    a = std::string("a");    
    cout << a.type().name() << " " << std::any_cast<std::string>(a) << endl;    
    return 0;
}

std::apply #

使用std::apply可以将tuple展开作为函数的参数传入，见代码：

int add(int first, int second) { return first + second; }
auto add_lambda = [](auto first, auto second) { return first + second; };
int main() {    
    std::cout << std::apply(add, std::pair(1, 2)) << '\n';    
    std::cout << add(std::pair(1, 2)) << "\n"; // error    
    std::cout << std::apply(add_lambda, std::tuple(2.0f, 3.0f)) << '\n';
}

std::make_from_tuple #

使用make_from_tuple可以将tuple展开作为构造函数参数

struct Foo {    
    Foo(int first, float second, int third) {        
        std::cout << first << ", " << second << ", " << third << "\n";    
    }
};
int main() {   
    auto tuple = std::make_tuple(42, 3.14f, 0);   
    std::make_from_tuple<Foo>(std::move(tuple));
}

std::string_view #

通常我们传递一个string时会触发对象的拷贝操作，大字符串的拷贝赋值操作会触发堆内存分配，很影响运行效率，有了string_view就可以避免拷贝操作，平时传递过程中传递string_view即可。

void func(std::string_view stv) { cout << stv << endl; }
int main(void) {    
    std::string str = "Hello World";    
    std::cout << str << std::endl;
    std::string_view stv(str.c_str(), str.size());    
    cout << stv << endl;    
    func(stv);    
    return 0;
}

as_const #

C++17使用as_const可以将左值转成const类型

std::string str = "str";
const std::string& constStr = std::as_const(str);

file_system #

C++17正式将file_system纳入标准中，提供了关于文件的大多数功能，基本上应有尽有，这里简单举几个例子：

namespace fs = std::filesystem;
fs::create_directory(dir_path);
fs::copy_file(src, dst, fs::copy_options::skip_existing);
fs::exists(filename);
fs::current_path(err_code);

std::shared_mutex #

C++17引入了shared_mutex，可以实现读写锁，具体可以见我上一篇文章： C++14新特性的所有知识点全在这儿啦！

关于C++17的介绍就到这里，希望对大家有所帮助~

参考资料 #

https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/make_from_tuple https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/apply https://en.cppreference.com/w/cpp/17 https://cloud.tencent.com/developer/article/1383177 https://www.jianshu.com/p/9b8eeddbf1e4