他来了,他来了,C++17新特性精华都在这了

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程序喵之前已经介绍过C++11的新特性和C++14的新特性(点击对应文字,直接访问),今天向亲爱的读者们介绍下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,程序喵一一介绍:

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:

 
 
 
  1. pair 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:

 
 
 
  1. pair p(1, 2.2); // c++17 自动推导
  2. 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:

 
 
 
  1. std::tuple func() {
  2.    return std::tuple(1, 2.2);
  3. }
  4. int main() {
  5.    auto[i, d] = func(); //是C++11的tie吗?更高级
  6.    cout << i << endl;
  7.    cout << d << endl;
  8. }
  9. //==========================
  10. void f() {
  11.    map m = {
  12.     {0, "a"},
  13.     {1, "b"},  
  14.   };
  15.    for (const auto &[i, s] : m) {
  16.        cout << i << " " << s << endl;
  17.   }
  18. }
  19. // ====================
  20. int main() {
  21.    std::pair a(1, 2.3f);
  22.    auto[i, f] = a;
  23.    cout << i << endl; // 1
  24.    cout << f << endl; // 2.3f
  25.    return 0;
  26. }

结构化绑定还可以改变对象的值,使用引用即可:

 
 
 
  1. // 进化,可以通过结构化绑定改变对象的值
  2. int main() {
  3.    std::pair a(1, 2.3f);
  4.    auto& [i, f] = a;
  5.    i = 2;
  6.    cout << a.first << endl; // 2
  7. }

注意结构化绑定不能应用于constexpr

 
 
 
  1. 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。

 
 
 
  1. int array[3] = {1, 2, 3};
  2. auto [a, b, c] = array;
  3. cout << a << " " << b << " " << c << endl;
  4. // 注意这里的struct的成员一定要是public的
  5. struct Point {
  6.    int x;
  7.    int y;
  8. };
  9. Point func() {
  10.    return {1, 2};
  11. }
  12. 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:

 
 
 
  1. // 需要实现相关的tuple_size和tuple_element和get方法。
  2. class Entry {
  3. public:
  4.    void Init() {
  5.        name_ = "name";
  6.        age_ = 10;
  7.   }
  8.    std::string GetName() const { return name_; }
  9.    int GetAge() const { return age_; }
  10. private:
  11.    std::string name_;
  12.    int age_;
  13. };
  14. template 
  15. auto get(const Entry& e) {
  16.    if constexpr (I == 0) return e.GetName();
  17.    else if constexpr (I == 1) return e.GetAge();
  18. }
  19. namespace std {
  20.    template<> struct tuple_size : integral_constant {};
  21.    template<> struct tuple_element<0, Entry> { using type = std::string; };
  22.    template<> struct tuple_element<1, Entry> { using type = int; };
  23. }
  24. int main() {
  25.    Entry e;
  26.    e.Init();
  27.    auto [name, age] = e;
  28.    cout << name << " " << age << endl; // name 10
  29.    return 0;
  30. }

if-switch语句初始化

C++17前if语句需要这样写代码:

 
 
 
  1. int a = GetValue();
  2. if (a < 101) {
  3.    cout << a;
  4. }

C++17之后可以这样:

 
 
 
  1. // if (init; condition)
  2. if (int a = GetValue()); a < 101) {
  3.    cout << a;
  4. }
  5. string str = "Hi World";
  6. if (auto [pos, size] = pair(str.find("Hi"), str.size()); pos != string::npos) {
  7.    std::cout << pos << " Hello, size is " << size;
  8. }

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:

 
 
 
  1. // header file
  2. struct A {
  3.    static const int value;  
  4. };
  5. inline int const A::value = 10;
  6. // ==========或者========
  7. struct A {
  8.    inline static const int value = 10;
  9. }

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:

 
 
 
  1. template 
  2. auto sum(Ts ... ts) {
  3.    return (ts + ...);
  4. }
  5. int a {sum(1, 2, 3, 4, 5)}; // 15
  6. std::string a{"hello "};
  7. std::string b{"world"};
  8. 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。

 
 
 
  1. int main() { // c++17可编译
  2.    constexpr auto lamb = [] (int n) { return n * n; };
  3.    static_assert(lamb(3) == 9, "a");
  4. }

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

 
 
 
  1. namespace A {
  2.    namespace B {
  3.        namespace C {
  4.            void func();
  5.       }
  6.   }
  7. }
  8. // c++17,更方便更舒适
  9. namespace A::B::C {
  10.    void func();)
  11. }

__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:

 
 
 
  1. #if defined __has_include
  2. #if __has_include()
  3. #define has_charconv 1
  4. #include 
  5. #endif
  6. #endif
  7. std::optional ConvertToInt(const std::string& str) {
  8.    int value{};
  9. #ifdef has_charconv
  10.    const auto last = str.data() + str.size();
  11.    const auto res = std::from_chars(str.data(), last, value);
  12.    if (res.ec == std::errc{} && res.ptr == last) return value;
  13. #else
  14.    // alternative implementation...
  15.    其它方式实现
  16. #endif
  17.    return std::nullopt;
  18. }

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。

 
 
 
  1. struct A {
  2.    int a;
  3.    void func() {
  4.        auto f = [this] {
  5.            cout << a << endl;
  6.       };
  7.        f();
  8.   }  
  9. };
  10. int main() {
  11.    A a;
  12.    a.func();
  13.    return 0;
  14. }

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。

 
 
 
  1. struct A {
  2.    int a;
  3.    void func() {
  4.        auto f = [*this] { // 这里
  5.            cout << a << endl;
  6.       };
  7.        f();
  8.   }  
  9. };
  10. int main() {
  11.    A a;
  12.    a.func();
  13.    return 0;
  14. }

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:

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

在C++11和C++14中有更方便的方法:

 
 
 
  1. [[carries_dependency]] 让编译期跳过不必要的内存栅栏指令
  2. [[noreturn]] 函数不会返回
  3. [[deprecated]] 函数将弃用的警告
  4. [[noreturn]] void terminate() noexcept;
  5. [[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

 
 
 
  1. switch (i) {}
  2.     case 1:
  3.         xxx; // warning
  4.     case 2:
  5.         xxx;
  6.         [[fallthrough]];      // 警告消除
  7.     case 3:
  8.         xxx;
  9.        break;
  10. }

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

 
 
 
  1. [[nodiscard]] int func();
  2. void F() {
  3.     func(); // warning 没有处理函数返回值
  4. }

[[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

 
 
 
  1. void func1() {}
  2. [[maybe_unused]] void func2() {} // 警告消除
  3. void func3() {
  4.     int x = 1;
  5.     [[maybe_unused]] int y = 2; // 警告消除
  6. }

字符串转换

新增from_chars函数和to_chars函数,直接看代码:

 
 
 
  1. #include 
  2. int main() {
  3.     const std::string str{"123456098"};
  4.     int value = 0;
  5.     const auto res = std::from_chars(str.data(), str.data() + 4, value);
  6.     if (res.ec == std::errc()) {
  7.         cout << value << ", distance " << res.ptr - str.data() << endl;
  8.     } else if (res.ec == std::errc::invalid_argument) {
  9.         cout << "invalid" << endl;
  10.     }
  11.     str = std::string("12.34);
  12.     double val = 0;
  13.     const auto format = std::chars_format::general;
  14.     res = std::from_chars(str.data(), str.data() + str.size(), value, format);
  15.     str = std::string("xxxxxxxx");
  16.     const int v = 1234;
  17.     res = std::to_chars(str.data(), str.data() + str.size(), v);
  18.     cout << str << ", filled " << res.ptr - str.data() << " characters \n";
  19.     // 1234xxxx, filled 4 characters
  20. }

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:

 
 
 
  1. struct A {
  2.     A(int i){}
  3. };
  4. int main() {
  5.     std::variant var; // 编译失败
  6. }

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。

 
 
 
  1. std::variant 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:

 
 
 
  1. struct A {};
  2. A func() {
  3.     if (flag) return A();
  4.     else {
  5.         // 异常情况下,怎么返回异常值呢,想返回个空呢
  6.     }
  7. }

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。

 
 
 
  1. std::optional StoI(const std::string &s) {
  2.     try {
  3.         return std::stoi(s);
  4.     } catch(...) {
  5.         return std::nullopt;
  6.     }
  7. }
  8. void func() {
  9.     std::string s{"123"};
  10.     std::optional o = StoI(s);
  11.     if (o) {
  12.         cout << *o << endl;
  13.     } else {
  14.         cout << "error" << endl;
  15.     }
  16. }

std::any

C++17引入了any可以存储任何类型的单个值,见代码:

 
 
 
  1. int main() { // c++17可编译
  2.     std::any a = 1;
  3.     cout << a.type().name() << " " << std::any_cast(a) << endl;
  4.     a = 2.2f;
  5.     cout << a.type().name() << " " << std::any_cast(a) << endl;
  6.     if (a.has_value()) {
  7.         cout << a.type().name();
  8.     }
  9.     a.reset();
  10.     if (a.has_value()) {
  11.         cout << a.type().name();
  12.     }
  13.     a = std::string("a");
  14.     cout << a.type().name() << " " << std::any_cast(a) << endl;
  15.     return 0;
  16. }

std::apply

使用std::apply可以将tuple展开作为函数的参数传入,见代码:

 
 
 
  1. int add(int first, int second) { return first + second; }
  2. auto add_lambda = [](auto first, auto second) { return first + second; };
  3. int main() {
  4.     std::cout << std::apply(add, std::pair(1, 2)) << '\n';
  5.     std::cout << add(std::pair(1, 2)) << "\n"; // error
  6.     std::cout << std::apply(add_lambda, std::tuple(2.0f, 3.0f)) << '\n';
  7. }

std::make_from_tuple

使用make_from_tuple可以将tuple展开作为构造函数参数

 
 
 
  1. struct Foo {
  2.     Foo(int first, float second, int third) {
  3.         std::cout << first << ", " << second << ", " << third << "\n";
  4.     }
  5. };
  6. int main() {
  7.    auto tuple = std::make_tuple(42, 3.14f, 0);
  8.    std::make_from_tuple(std::move(tuple));
  9. }

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。

 
 
 
  1. void func(std::string_view stv) { cout << stv << endl; }
  2. int main(void) {
  3.     std::string str = "Hello World";
  4.     std::cout << str << std::endl;
  5.     std::string_view stv(str.c_str(), str.size());
  6.     cout << stv << endl;
  7.     func(stv);
  8.     return 0;
  9. }

as_const

C++17使用as_const可以将左值转成const类型

 
 
 
  1. std::string str = "str";
  2. 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:

 
 
 
  1. namespace fs = std::filesystem;
  2. fs::create_directory(dir_path);
  3. fs::copy_file(src, dst, fs::copy_options::skip_existing);
  4. fs::exists(filename);
  5. 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

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