C++11特性-概览

C++11(也称C++2.0、Modern C++) 是继C++98(C++1.0) 之后的第二个国际标准规格，其对C++的改变是全方位的，有人也说C++11是一门新的语言。C++11增加了非常多的新特性，而这些新特性对于开发效率的提升非常明显。

C++11支持的编程范式：

关于C++11支持的编程范式初步考虑会写一篇博客进行介绍，而其中的函数式编程是以前C++版本所不具备的，并且C++11对泛型编程及元编程都有所改进。

• 面向过程式编程
• 基于对象编程
• 面向对象编程
• 泛型编程
• 函数式编程
• 元编程

C++11的新关键字

• auto
  auto严格意义上说不是C++11新增的关键字，但由于C++11之前使用非常少，而C++11给了auto新的含义，用于类型推断。在C++14中使用auto和decltype可以编写功能非常强大的函数，而对于auto和decltype会专门写一篇文章用于阐述C++11中的类型推断。在C++11后，优先使用 auto 而非显式类型声明，原因有二，一是有些值的类型不是那么明显，程序员自己花很多精力去写类型有可能是错误的，不如让编译器去判断，二是可以消除变量没有初始化而是用的隐藏bug出现。对比下面两份代码，自然能体会auto的作用。它不仅让程序员不需要纠结其类型，还少写了很多代码。

template<typename It>
void dwim(It b, It e)
{
   while(b != e){
       typename std::iterator_traits<It>::value_type currValue = *b;
       ...
    }
}

template<typename It>
void dwim(It b, It e)
{
    while(b != e){
       auto currValue = *b;
       ...
    }
}

• decltype
  用于编译时推断类型,decltype有点像auto的逆过程，使用auto可以声明一个变量，而decltype可以通过一个变量得到类型。在C++11可以使用trailing-return-type指定返回值类型，而在C++14中可以使用decltype(auto)这种更强大的语法，让程序员不再纠结返回值类型。decltype 最主要用来声明一个函数模板，并且返回值的类型取决于参数的类型

• using
  using不是C++11的新增关键字，C++11对其功能进行了扩充，除了对命名空间、函数等引入外，还可以用于定义模板别名(具体的类型别名也可以)，而typedef只能作用于具体类型而不能用于模板别名的定义。

• nullptr
  C++11前用NULL来表示空指针，但由于0可以被隐式类型转换为整型，这就会存在一些问题。C++11种引入nullptr来表示空指针。

• constexpr
  constexpr在C++11中用于声明常量表达式，constexpr可作用于函数返回值、函数参数、数据声明以及类的构造函数等。常量表达式指值不会改变并且在编译时期就得到计算结果的表达式。const语义是指运行时常量，而constexpr不但要求运行时常量，还是编译期常量，即编译时即可计算其结果。

• noexcept
  C++11中通过noexcept说明符来对外宣称处理不会抛出异常，调用者可以不用考虑异常处理机制，但是如果声明为noexcept的函数内部抛出了异常，则程序就会终止。

• final & override
  final与override与JAVA的语义一致，final可以用于修饰类或者虚函数，用于修饰类时，意味着该类不能被继承，用于修饰虚函数时，意味着该函数不能被重写。override的引进是C++对自身安全性的增强(笔者看来C++虚函数设计对比JAVA还是弱一些）。该关键字用于表明函数是对父类函数的重写，用于编译器进行检查，而在C++11之前这块的设计完全缺失。

• static_assert
  用于编译时的静态断言：若指定的表达式为false则编译失败。

• default & delete
  C++11前代码对类会隐式产生多个函数：默认构造函数、默认析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符函数(Big Three)，在C++11种引入右值及move操作后，又会隐式产生移动构造函数、移动赋值函数。而当类中存在指针变量时，这种隐式产生的函数往往会引入bug，在C++11中引入default关键字，可以显示强制的要求编译器生成默认版本，引入delete关键字用于禁止编译器生成默认版本的函数。在C++编码中，对类的Big Three，C++11后对Big Five的处理是一个C++程序员技术能力的一个重要体现。

• alignas与alignof
  C++11为了支持内存对齐，引入了两个关键字，对齐描述符alignas与操作符alignof。alignas用于指定类型的对齐字节数，alignof用于获取类型的对齐字节数。

• thread_local
  程序中的对象都具有下列存储期之一：

存储期	implication
自动 automatic	对象的存储在外围代码块开始时分配，而在结束时解分配。未声明为 static、extern 或 thread_local 的所有局部对象均拥有此存储期。
静态 static	对象的存储在程序开始时分配，而在程序结束时解分配。只存在对象的一个实例。所有声明于命名空间作用域（包含全局命名空间）的对象，加上声明带有 static 或 extern 的对象均拥有此存储期。
动态 dynamic	对象的存储通过使用动态内存分配函数来按请求进行分配和释放的。
线程 thread	对象的存储在线程开始时分配，而在线程结束时释放。每个线程拥有其自身的对象实例。唯有声明为 thread_local 的对象拥有此存储期。

thread_local可以用于修饰三种变量：全局变量、类的static成员变量及本地变量，此时变量即拥有线程生命周期及线程可见性的变量。

C++11的重要新特性

笔者认为对C++有重要变革的新特性有：多线程编程、lambda表达式、可变参数模板、正则表达式、智能指针及右值引用。

多线程编程

C++11前没有提供对多进程并发的原生支持，所以C++的多进程并发要依赖平台相关的API实现。C++11 标准的推出在语言层面对多线程编程提供了原生支持，极大的提高了程序的可移植性。
C++11 新标准中引入了几个头文件来支持多线程编程：
< thread > :包含std::thread类以及std::this_thread命名空间。主要负责运行及管理线程。
< atomic > :包含std::atomic和std::atomic_flag类，定义了一些原子操作。
< mutex > :包含了与互斥量相关的类以及其他类型和函数用于线程同步。互斥避免多个线程同时访问共享资源。这会避免数据竞争，并提供线程间的同步支持。
< future > :包含两个Provider类（std::promise和std::package_task）和两个Future类（std::future和std::shared_future），promise和future用于在线程间传递异步结果，packaged_task来封装可以产生这种异步结果的函数调用.。
< condition_variable > :包含与条件变量相关的类，包括std::condition_variable和std::condition_variable_any。条件变量是允许多个线程相互交流的同步原语。它允许一定量的线程等待（可以定时）另一线程的唤醒，然后再继续。条件变量始终关联到一个互斥。

多线程编程后续会在博客中专门阐述。

lambda表达式

Lambda表达式在C++11中引入，利用Lambda表达式，可以方便的定义和创建匿名函数。lambda表达式在其他语言中都有提供，lambda表达式的引入也使得C++可以用于函数式编程范式。lambda表达式的形式如下：

[capture list] (params list) mutable exception-> return type { function body }

name	implication
capture list	捕获外部变量列表,可以值捕获、引用捕获，也可以混合捕获
params list	形参列表
mutable指示符	表明函数体内的代码可以修改值捕获的变量
exception	异常设定
return type	返回类型
function body	函数体

可变参数模板

C++11之前类模版和函数模版中只能含固定数量的模版参数，可变模版参数（variadic templates）对参数进行了高度泛化，它能表示0到任意个数、任意类型的参数。

template <class... T>
void f(T... args);

可变参数模板的定义一般都会使用模版偏特化和递归方式两种技巧。C++11引入的元组tuple就是一种可变参数模板的应用。

正则表达式

C++11提供了正则表达式库，正则表达式是一种用于在字符串中匹配模式的微型语言。提供主要3种算法，regex_match确定正则表达式是否匹配整个目标字符序列；regex_search 确定正则表达式和目标字符序列中的某个子序列间是否有匹配；regex_replace以格式化的替换文本来替换正则表达式匹配的出现位置 。

name	implication
目标序列	可以是二个迭代器所指定的范围、空终止字符串或一个 std::string 。
模式	正则表达式自身。它确定构成匹配者。它是从带特定语法的字符串构成的 std::basic_regex 类型对象。受支持的语法变体的描述见 syntax_option_type 。
匹配的数组	关于匹配的信息可作为 std::match_results 类型对象获取。
替换字符串	确定如何替换匹配的字符串，受支持的语法变体的描述见 match_flag_type 。

智能指针

C++从业者在使用指针时，都会遇到的两类问题，一是悬空指针，二是内存泄漏。这些都是在使用指针时经常遇到的问题，而C++11引入的智能指针能很好的应对以上问题，让C++从业者对内存管理不再谈虎色变。

name	implication
unique_ptr	独占指针对象，并保证指针所指对象生命周期与其一致。<所有权唯一>
shared_ptr	可共享指针对象，可以赋值给shared_ptr或weak_ptr。所有关联的shared_ptr生命周期结束时对象生命周期结束。<共享所有权>
weak_ptr	它不能决定所指对象的生命周期，引用所指对象时，需要lock()成shared_ptr才能使用。<为了解决shared_ptr循环引用问题引入>

右值引用

右值引用是C++11中引入的，它是为了提高运行效率避免一些无意义的深拷贝而引入的。C++中所有的值都必然属于左值、右值二者之一。关于左值和右值的最初的定义是，左值既可以出现在赋值符号的左侧，也可以出现在赋值符号的右侧的值，右值是只能出现在赋值符号右侧的值。而目前区分左值和右值的一个方法就是看能对不能对其进行取地址，如果能则为左值，如果不能则为右值。对于右值引用，其与move和完美转发联系非常紧密，move与RVO、universal reference后面会专门写博客对其阐述。

C++11的其他增强

初始化列表initializer_list

初始化列表{}的引入使得变量的初始化更加优雅，特别对于STL容器，C++11可以和其他类型一样进行初始化，另外在前面的博客<The Most Vexing Parse In C++>中，可以看到使用初始化列表方式可以消除C++中很多令人困惑的解析。

基于范围的for循环

在C++11之前对于容器类的遍历会写一大坨代码，而C++11新入的auto和基于范围的for循环，可以很优雅的对容器元素进行遍历。

强类型枚举

在C++11之前枚举不是类型安全的，它实际是整数，并且具体使用哪种整数类型是由编译器定义的，此外枚举值是暴露在外层作用域的，所以即便是两种不同的枚举类型也不能使用相同的名字。C++11引入的enum class是类型安全的，不会隐式转化为整数，并且其作用域是枚举类内部。

C++11其他的小特性在关键字章节有所提及，后续会对几个重要的特性专门阐述。

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