C++11在C++98基础上增加了很多新的特性。本文来总结一下那些主要的特性,记住这些特性就可以了。
C++11提供了写字符串常量的方式,R"()"内的内容会原原本本的显示出来,不会有转义的问题,正则表达式这种字符串很友好。
shared_ptr允许多个指针指向同一个对象,unique_ptr则独占所指向的对象,我们主要说明shared_ptr的使用。通过使用make_shared<type>()函数产生智能指针对象。
1 2 shared_ptr< int > p = make_shared< int >(40); // p指向一个值为40的int对象 shared_ptr<string> p2 = make_shared<string>(10, 'c' ); //指向值为'cccccccccc'的string对象make_shared<type>()函数中传递的值要与对应的type的构造函数相匹配,实际上应该就是直接调用的对应type的构造函数。
我们可以使用new初始化的指针来初始化智能指针:
1 2 share_ptr< int > p ( new int (40)); p.get(); // 使用share_ptr<type>的get()函数来获得其关联的原始指针。shared_ptr对象在离开其作用域(例如一个函数体),会自动释放其关联的指针指向的动态内存,就像局部变量那样。另外多个shared_ptr可以指向一个对象,当最后一个shared_ptr对象销毁的时候才会销毁其关联的那个对象的动态内存。这里使用了引用记数。
有个地方需要注意,当删除一个智能指针时,并不影响其它两个智能指针的继续使用。因为该片内存添加了一个引用计数,每shared_ptr一次,引用计数+1;每次调用析构函数,引用计数减一。直到最后一个智能指针删除,才会释放内存。 #include<iostream> using namespace std; template<typename T> class smartptr{ public: smartptr(T* ptr=0); smartptr(const smartptr& src); smartptr& operator= (const smartptr& src); T& operator* (){ if(_ptr){ return *_ptr; } } T* operator-> (){ if(_ptr){ return _ptr; } } ~smartptr(); void print_data(){//不能重载运算符,不然会多算一个指针 cout<<(*_ptr)<<" "<<*_referece_count<<endl; } private: size_t* _referece_count;//引用计数 T* _ptr; void releasecount(); }; template<typename T> void smartptr<T>::releasecount(){ if(_ptr){ //--(*_referece_count); if(--(*_referece_count)==0){ delete _ptr; delete _referece_count; } } } template<typename T> smartptr<T>::smartptr(T* ptr):_ptr(ptr),_referece_count(new size_t){ if(ptr){ *_referece_count=1; } else{ *_referece_count=0; } } template<typename T> smartptr<T>::smartptr(const smartptr& src){ if(this!=&src){ _ptr=src._ptr; _referece_count = src._referece_count; (*_referece_count)++; } } template<typename T> smartptr<T>& smartptr<T>::operator= (const smartptr& src){ if(_ptr == src._ptr){ *this; } releasecount(); _ptr = src._ptr; _referece_count=src._referece_count; (*_referece_count)++; return *this; } template<typename T> smartptr<T>::~smartptr(){ if(--*(_referece_count)==0){ delete _ptr; delete _referece_count; } } int main() { smartptr<char>cp1(new char('a')); cp1.print_data(); smartptr<char>cp2(cp1); cp2.print_data(); cp1.print_data(); smartptr<char>cp3; cp3 = cp2; cp2.print_data(); smartptr<char>cp4(new char('b')); cp4.print_data(); }
捕捉块(catpure block): 指定如何捕捉所在作用域中的变量,并供给lambda主体使用。
参数(parameter): (可选)lambda表达式使用的参数列表。只有在不使用任何参数,并且没有自定mutable、一个exception_specification 和一个return_type的情况下可以忽略该列表,返回类型在某些情况下也是可以忽略的,详见对return_type的说明:eg: [] {return 10;}
参数列表和普通函数的参数列表类似,区别如下:
参数不能有默认值。
不允许变长参数列表。
不允许未命名的参数。
mutable:(可选)如果所在作用域的变量是通过值捕捉到,那么lambda表达式主体中可以使用这些变量的副本。这些副本默认标记为const,因此lambda表达式的主体不能修改这些副本的值。如果lambda表达式标记为mutable,那么这些副本则不是const,因此主体可以修改这些本地副本。
exception_specification:(可选)用于指定lambda可以抛出的异常。
return_type:(可选)返回值的类型。如果忽略了return_type,那么编译器会根据以下原则判断返回类型:
如果lambda表达式主体的形式为{return expression;}那么表达式return_type的类型为expression的类型。
其他情况下的return_type为void。
下面的例子演示了如何创建一个lambda表达式并立即执行这个表达式。这行代码定义了一个没有返回值也没有任何参数的lambda表达式。
注意:尾部的(),这对括号使得这个lambda表达式立即执行:
[cpp] view plain copy [] {cout << "Hello from Lambda" << endl; } ();
[cpp] view plain copy string result = [](const string & str) -> string { return "Hello from " + str; }("second Lambda"); cout << "Result: " << result << endl; 输出如下:
[cpp] view plain copy Result: Hello from second Lambda
根据前面的描述,这个例子中的返回值可以忽略:
[cpp] view plain copy string result = [](const string & str){ return "Hello from " + str; }("second Lambda"); 还可以保存lambda表达式的指针,并且通过函数指针执行这个lambda表达式。使用C++11的auto关键字可以轻松地做到这一点:
[cpp] view plain copy auto fn = [](const string& str) {return "hello from " + str; }; cout << fn("call 1") << endl; cout << fn("call 2") << endl; 输出如下:
[cpp] view plain copy Hello from call 1 Hello from call 2
捕捉块
lambda表达式的方括号部分称为lambda捕捉块(capture block),在这里可以指定如何从所在作用域中捕捉变量。捕捉变量的意思是可以在lambda表达式主体中使用这个变量。有两种方式:
[=]:通过值捕捉所有变量
[&]:通过引用捕捉所有变量
指定空白的捕捉块[]表示不从所在作用域中捕捉变量。还可以酌情决定捕捉那些变量以及这些变量的捕捉方法,方法是指定一个捕捉列表,其中带有可选的默认捕捉选项。前缀为&的变量通过引用捕捉。不带前缀的变量通过值捕捉。默认捕捉应该是捕捉列表中的第一个元素,可以是=或&。
例如:
[&x]只通过引用捕捉x,不捕捉其他变量。
[x]只通过值捕捉x,不捕捉其他变量。
[=, &x, &y]默认通过值捕捉,变量x和y例外,这两个变量通过引用捕捉。
[&, x]默认通过引用捕捉,变量x例外,这个变量通过引用捕捉。
[&x, &y]非法,因为标志符不允许重复。
通过引用捕捉变量的时候,一定保证党lambda表达式在执行的时候,这个引用还是可用的。
将lambda表达式用作返回值
lambda 表达式可以由函数指针接收:
int (*p)(void) = [] {return 1; }; cout << p();
定义在<functional>头文件中的std::function是多态的函数对象包装,类似函数指针。它可以绑定至任何可以被调用的对象(仿函数、成员函数指针、函数指针和lambda表达式),只要参数和返回类型符合包装的类型即可。返回一个double、接受两个整数参数的函数包装定义如下:
[cpp] view plain copy function<double(int, int)> myWrapper; 通过使用std::function,可从函数中返回lambda表达式,看一下定义:
[cpp] view plain copy function<int(void)> multiplyBy2Lambda(int x) { return [=]()->int{return 2 * x; }; } 在这个例子中,lambda表达式的返回类型和空参数列表可以忽略,可改写为:
[cpp] view plain copy function<int(void)> multiplyBy2Lambda(int x) { return[=] {return 2 * x; }; } 这个函数的主体部分创建了一个lambda表达式,这个lambda表达式通过值捕捉所在作用域的变量,并返回一个整数,这个返回的整数是传给multiplyBy2Lambda()的值的两倍。这个multiplyBy2Lambda()函数的返回值类型为 function<int(void)>,即一个不接受参数并返回一个整数的函数。函数主体中定义的lambda表达式正好匹配这个原型。变量x通过值捕捉,因此,在lambda表达式从函数返回之前,x值的一份副本绑定至lambda表达式中的x。
可以通过以下方式调用上述函数:
[cpp] view plain copy function<int(void)> fn = mutiplyBy2Lambda(5); cout << fn() << endl; 通过C++11的auto关键字可以简化这个调用:
[cpp] view plain copy auto fn = mutiplyBy2Lambda(5); cout << fn() << endl; 输出为10。
mutiplyBy2Lambda()示例通过值捕捉了变量x:[=]。假设这个函数重写为通过引用捕捉变量:[&],如下所示。根据代码所示。根据代码后面的解释,下面这段代码不能正常工作:
[cpp] view plain copy function<int(void)> mutiplyBy2Lambda(int x) { return[&] {return 2 * x; }; } lambda表达式通过引用捕捉变量x。然而,lambda表达式会在程序后面执行,而不会在mutiplyBy2Lambda()函数的作用域中执行,在那里x的引用不再有效。
将lambda表达式用作参数:
您可以编写lambda表达式作为参数的函数。例如,可通过这种方式实现回调函数。下面的代码实现了一个testCallback()函数,这个函数接受一个整数vector和一个回调函数作为参数。这个实现迭代给定vector中的所有元素,并对每个元素调用回调函数,回调函数接受vector中每个元素作为int参数,并返回一个布尔值。如果回调函数返回false,那么停止迭代。[cpp] view plain copy void testCallback(const vector<int>& vec, const function<bool(int)>& callback) { for (auto i : vec) { if (!callback(i)) break; cout << i << " "; } cout << endl; } 可以按照以下方式测试testCallback()函数。 [cpp] view plain copy vector<int> vec(10); int index = 0; generate(vec.begin(), vec.end(), [&index] {return ++index; }); for each (vec.begin(), vec.end()m[](int i) {cout << u << " "; }); { cout << endl; testCallback(vec, [](int i){return i < 6; }); }
输出结果:
[cpp] view plain copy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5
C++ 右值引用 & 新特性
C++ 11中引入的一个非常重要的概念就是右值引用。理解右值引用是学习“移动语义”(move semantics)的基础。而要理解右值引用,就必须先区分左值与右值。
对左值和右值的一个最常见的误解是:等号左边的就是左值,等号右边的就是右值。左值和右值都是针对表达式而言的,左值是指表达式结束后依然存在的持久对象,右值是指表达式结束时就不再存在的临时对象。一个区分左值与右值的便捷方法是:看能不能对表达式取地址,如果能,则为左值,否则为右值。下面给出一些例子来进行说明。
int a = 10; int b = 20; int *pFlag = &a; vector<int> vctTemp; vctTemp.push_back(1); string str1 = "hello "; string str2 = "world"; const int &m = 1;请问,a,b, a+b, a++, ++a, pFlag, *pFlag, vctTemp[0], 100, string("hello"), str1, str1+str2, m分别是左值还是右值? a和b都是持久对象(可以对其取地址),是左值; a+b是临时对象(不可以对其取地址),是右值; a++是先取出持久对象a的一份拷贝,再使持久对象a的值加1,最后返回那份拷贝,而那份拷贝是临时对象(不可以对其取地址),故其是右值; ++a则是使持久对象a的值加1,并返回那个持久对象a本身(可以对其取地址),故其是左值; pFlag和*pFlag都是持久对象(可以对其取地址),是左值; vctTemp[0]调用了重载的[]操作符,而[]操作符返回的是一个int &,为持久对象(可以对其取地址),是左值; 100和string("hello")是临时对象(不可以对其取地址),是右值; str1是持久对象(可以对其取地址),是左值; str1+str2是调用了+操作符,而+操作符返回的是一个string(不可以对其取地址),故其为右值; m是一个常量引用,引用到一个右值,但引用本身是一个持久对象(可以对其取地址),为左值。
区分清楚了左值与右值,我们再来看看左值引用。左值引用根据其修饰符的不同,可以分为非常量左值引用和常量左值引用。
非常量左值引用只能绑定到非常量左值,不能绑定到常量左值、非常量右值和常量右值。如果允许绑定到常量左值和常量右值,则非常量左值引用可以用于修改常量左值和常量右值,这明显违反了其常量的含义。如果允许绑定到非常量右值,则会导致非常危险的情况出现,因为非常量右值是一个临时对象,非常量左值引用可能会使用一个已经被销毁了的临时对象。
常量左值引用可以绑定到所有类型的值,包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。
可以看出,使用左值引用时,我们无法区分出绑定的是否是非常量右值的情况。那么,为什么要对非常量右值进行区分呢,区分出来了又有什么好处呢?这就牵涉到C++中一个著名的性能问题——拷贝临时对象。考虑下面的代码:
vector<int> GetAllScores() { vector<int> vctTemp; vctTemp.push_back(90); vctTemp.push_back(95); return vctTemp; }当使用vector<int> vctScore = GetAllScores()进行初始化时,实际上调用了三次构造函数(一次是vecTemp的构造,一次是return 临时对象的构造,一次是vecScore的复制构造)。尽管有些编译器可以采用RVO(Return Value Optimization)来进行优化,但优化工作只在某些特定条件下才能进行。可以看到,上面很普通的一个函数调用,由于存在临时对象的拷贝,导致了额外的两次拷贝构造函数和析构函数的开销。当然,我们也可以修改函数的形式为void GetAllScores(vector<int> &vctScore),但这并不一定就是我们需要的形式。另外,考虑下面字符串的连接操作:
string s1("hello"); string s = s1 + "a" + "b" + "c" + "d" + "e";在对s进行初始化时,会产生大量的临时对象,并涉及到大量字符串的拷贝操作,这显然会影响程序的效率和性能。怎么解决这个问题呢?如果我们能确定某个值是一个非常量右值(或者是一个以后不会再使用的左值),则我们在进行临时对象的拷贝时,可以不用拷贝实际的数据,而只是“窃取”指向实际数据的指针(类似于STL中的auto_ptr,会转移所有权)。C++ 11中引入的右值引用正好可用于标识一个非常量右值。C++ 11中用&表示左值引用,用&&表示右值引用,如:
int &&a = 10;右值引用根据其修饰符的不同,也可以分为非常量右值引用和常量右值引用。
非常量右值引用只能绑定到非常量右值,不能绑定到非常量左值、常量左值和常量右值。如果允许绑定到非常量左值,则可能会错误地窃取一个持久对象的数据,而这是非常危险的;如果允许绑定到常量左值和常量右值,则非常量右值引用可以用于修改常量左值和常量右值,这明显违反了其常量的含义。
常量右值引用可以绑定到非常量右值和常量右值,不能绑定到非常量左值和常量左值(理由同上)。
有了右值引用的概念,我们就可以用它来实现下面的CMyString类。
class CMyString { public: // 构造函数 CMyString(const char *pszSrc = NULL) { cout << "CMyString(const char *pszSrc = NULL)" << endl; if (pszSrc == NULL) { m_pData = new char[1]; *m_pData = '\0'; } else { m_pData = new char[strlen(pszSrc)+1]; strcpy(m_pData, pszSrc); } } // 拷贝构造函数 CMyString(const CMyString &s) { cout << "CMyString(const CMyString &s)" << endl; m_pData = new char[strlen(s.m_pData)+1]; strcpy(m_pData, s.m_pData); } // move构造函数 ---- 实质上就是·窃取·临时对象,注意参数的形式 CMyString(CMyString &&s) { cout << "CMyString(CMyString &&s)" << endl; m_pData = s.m_pData; s.m_pData = NULL; } // 析构函数 ~CMyString() { cout << "~CMyString()" << endl; delete [] m_pData; m_pData = NULL; } // 拷贝赋值函数 CMyString &operator =(const CMyString &s) { cout << "CMyString &operator =(const CMyString &s)" << endl; if (this != &s) { delete [] m_pData; m_pData = new char[strlen(s.m_pData)+1]; strcpy(m_pData, s.m_pData); } return *this; } // move赋值函数 CMyString &operator =(CMyString &&s) { cout << "CMyString &operator =(CMyString &&s)" << endl; if (this != &s) { delete [] m_pData; m_pData = s.m_pData; s.m_pData = NULL; } return *this; } private: char *m_pData; };可以看到,上面我们添加了move版本的构造函数和赋值函数。那么,添加了move版本后,对类的自动生成规则有什么影响呢?唯一的影响就是,如果提供了move版本的构造函数,则不会生成默认的构造函数。另外,编译器永远不会自动生成move版本的构造函数和赋值函数,它们需要你手动显式地添加。
当添加了move版本的构造函数和赋值函数的重载形式后,某一个函数调用应当使用哪一个重载版本呢?下面是按照判决的优先级列出的3条规则: 1、常量值只能绑定到常量引用上,不能绑定到非常量引用上。 2、左值优先绑定到左值引用上,右值优先绑定到右值引用上。 3、非常量值优先绑定到非常量引用上。
当给构造函数或赋值函数传入一个非常量右值时,依据上面给出的判决规则,可以得出会调用move版本的构造函数或赋值函数。而在move版本的构造函数或赋值函数内部,都是直接“移动”了其内部数据的指针(因为它是非常量右值,是一个临时对象,移动了其内部数据的指针不会导致任何问题,它马上就要被销毁了,我们只是重复利用了其内存),这样就省去了拷贝数据的大量开销。
一个需要注意的地方是,拷贝构造函数可以通过直接调用*this = s来实现,但move构造函数却不能。这是因为在move构造函数中,s虽然是一个非常量右值引用,但其本身却是一个左值(是持久对象,可以对其取地址),因此调用*this = s时,会使用拷贝赋值函数而不是move赋值函数,而这已与move构造函数的语义不相符。要使语义正确,我们需要将左值绑定到非常量右值引用上,C++ 11提供了move函数来实现这种转换,因此我们可以修改为*this = move(s),这样move构造函数就会调用move赋值函数。