詳解C++之C++11的牛逼特性
一、列表初始化
1.1 C++98中,標準允許使用花括號{}對數(shù)組元素進行統(tǒng)一的列表初始值設定。
int array1[] = {1,2,3,4,5}; int array2[] = {0};
對對于一些自定義類型,卻不行.
vector<int> v{1,2,3,4,5};
在C++98中這樣無法通過編譯,因此需要定義vector之后,在使用循環(huán)進行初始賦值。
C++11擴大了用初始化列表的使用范圍,讓其適用于所有的內(nèi)置類型和自定義類型,而且使用時,=可以不寫
// 內(nèi)置類型 int x1 = {10}; int x2{10} // 數(shù)組 int arr1[5] {1,2,3,4,5} int arr2[]{1,2,3,4,5}; // 標準容器 vector<int> v{1,2,3} map<int,int> m{{1,1},{2,2}} // 自定義類型 class Point { int x; int y; } Power p{1,2};
1.2 多個對象的列表初始化
給類(模板類)添加一個帶有initializer_list類型參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)即可支持多個對象的,列表初始化.
#include<initializer_list> template<class T> class Vector{ public: Vecto(initializer_list<T> l) :_capacity(l.size()) ,_size(0){ _array = new T[_capacity]; for(auto e : l) _array[_size++] = 3; } private; T* _array; size_t _capacity; size_t _size; };
二、變量類型推導
2.1 auto
在C++中,可以使用auto來根據(jù)變量初始化表達式類型推導變量的實際類型,簡化程序的書寫
// 不使用auto需要寫很長的迭代器的類型 map<string,string> m; map<string,string>::iterator it1 = m.begin(); // 使用auto就很簡單 auto it2 = m.begin();
2.1 decltype 類型推導
auto使用時,必須對auto聲明的類型進行初始化,否則編譯器不能推導出auto的實際類型。
但是有些場景可能需要根據(jù)表達式運行后的結(jié)果進行類型推導。因為編譯時,代碼不會運行,auto也就…
template<class T1,class T2> T1 Add(const T1& a,const T2& b){ return a + b; }
如果用加完后的結(jié)果作為函數(shù)的返回類型,可能會出錯,這就需要程序運行完后才能知道結(jié)果的實際類型,即RTTI(運行時類型識別)
decltype可以根據(jù)表達式的實際類型推演出定義變量時所用的類型
// 推演表達式作為變量的定義類型 int a = 1,b=2; decltype(a+b) c; cout<<typeid(c).name()<<endl; // 推演函數(shù)的返回值類型 void GetMemory(size_t size){ return malloc(size); } cout<<typeid(decltype(GetMemory)).name()<<endl;
三、基于范圍for的循環(huán)
vector<int> v{1,2,3,4,5}; for(const auto& e : v) cout<<e<<' '; cout<<endl;
四、final和override
在我的多態(tài)的文章中有介紹:http://www.dbjr.com.cn/article/162078.htm
五、委派構(gòu)造函數(shù)
委派構(gòu)造函數(shù)可以通過委派其它構(gòu)造函數(shù),使多構(gòu)造函數(shù)的類編寫更加容易
class Info { public; Info() :_type(0) ,_name('s') {} Info(int type) :_type(type) ,_name('a') {} Info(char a) :_type(0) ,_name(a) {} pirvate; int _type; char _name; };
上面的構(gòu)造函數(shù)除了初始化列表不同之外,其它部分都是類似的,代碼重復,可以使用委派構(gòu)造函數(shù)
委派構(gòu)造函數(shù)就是把構(gòu)造的任務委派給目標構(gòu)造函數(shù)來完成類的構(gòu)造
class Info { // 目標構(gòu)造函數(shù) public: Info() :_type(0) ,_a('a') {} // 委派構(gòu)造函數(shù) Info(int type) :Info() { _type = type; } private; int _type = 0; char _a = 'a'; };
在初始化列表中調(diào)用“基準版本”的構(gòu)造函數(shù)稱為委派構(gòu)造函數(shù),而被調(diào)用的“基準版本”則稱為目標構(gòu)造函數(shù)
六、默認函數(shù)控制
在C++中對于空類,編譯器會生成一些默認的成員函數(shù),如果在類中顯式定義了,編譯器就不會重新生成默認版本。但是如果在一個類中聲明了帶參的構(gòu)造函數(shù),如果又需要定義不帶參的實例化無參的對象。這時候編譯器是有時生成,有時不生成,就會造成混亂,C++11可以讓程序員自己控制是否需要編譯器生成。
6.1 顯式缺省函數(shù)
在C++11中,可以在默認函數(shù)定義或聲明時加上=default,來讓編譯器生成該函數(shù)的默認版本。
class A { public: A(int a) :_a(a) {} A() = default; // 顯式缺省構(gòu)造函數(shù) A& operator=(const A& a); // 在類中聲明,在類外定義時,讓編譯器生成默認賦值運算符重載 private: int _a; }; A& A::operator=(const A& a) = default;
6.2 刪除默認函數(shù)
要想限制一些默認函數(shù)的生成,在C++98中,可以把該函數(shù)設為私有,不定義,這樣,如果有人調(diào)用就會報錯。在C++11中,可以給該函數(shù)聲明加上=delete就可以。
class A { A(int a) :_a(a) {} A(constA&) = delete; // 禁止編譯器生成默認的拷貝構(gòu)造函數(shù) private: int _a; };
七、右值引用
7.1 移動語義
class String { public: String(char* str = '") { if(str == nullptr) _str = ""; _str = new char[strlen(str)+1]; strcpy(_str,str); } String(const String& s) :_str(new char[strlen(c._str)+1]) { strcpy(_str,s._str); } ~String() { if(_str) delete[] _str; } private: char* _str; }; String GetString(char* pStr) { String strTemp(pStr); return strTemp; } int main() { String s1("hello"); String s2(GetString("world")); return 0; }
在上面的代碼中,GetString函數(shù)返回的臨時對象,將s2拷貝成功之后,立馬銷毀了(臨時對象
的空間被釋放);而s2拷貝構(gòu)造的時,又需要分配空間,一個剛釋放,一個又申請,有點多此一舉,那能否把GetString返回的臨時對象的空間直接交給s2呢?這樣s2也不需要重新開辟空間了。
移動語義:將一個對象資源移動到另一個對象中的方式,在C++中要實現(xiàn)移動語義,必須使用右值引用.
7.2 C++中的右值
右值引用,顧名思義就是對右值的引用。在C++中右值由純右值和將亡值構(gòu)成。
- 純右值:用于識別變量和一些不跟對象關(guān)聯(lián)的值。比如:常量、運算符表達式等、
- 將亡值:聲明周期將要結(jié)束的對象。比如:在值返回時的臨時對象
7.3 右值引用
格式:類型&& 應用變量名字 = 實體;
使用場景:
1、與移動語義相結(jié)合,減少必須要的資源的開辟,提高運行效率
String&& GetString(char* pStr) { String strTemp(pStr); return strTemp; } int main() { String s1("hello"); String s2(GetString("world")); return 0; }
2、給一個匿名對象取別名,延長匿名對象的生命周期
String GetString(char* pStr) { return String(pStr); } int main() { String&& s = GetString("hello"); return 0; }
注意:
- 右值引用在定義時必須初始化
- 右值引用不能引用左值
int a = 10; int&& a1; // 未初始化,編譯失敗 int&& a2 = a; // 編譯失敗,a是一個左值 // 左值是可以改變的值
7.4 std::move()
C++11中,std::move()函數(shù)位于頭文件中,它可以把一個左值強制轉(zhuǎn)化為右值引用,通過右值引用使用該值,實現(xiàn)移動語義。該轉(zhuǎn)化不會對左值產(chǎn)生影響.
注意:其更多用在生命周期即將結(jié)束的對象上。
7.5 移動語義中要注意的問題
1、在C++11中,無參構(gòu)造函數(shù)/拷貝構(gòu)造函數(shù)/移動構(gòu)造函數(shù)實際上有三個版本
Object() Object(const T&) Object(T&&)
2、如果將移動構(gòu)造函數(shù)聲明為常右值引用或者返回右值的函數(shù)聲明為常量,都會導致移動語義無法實現(xiàn)
String(const String&&); const String GetString();
3、C++11默認成員函數(shù),默認情況下,編譯器會隱士生成一個移動構(gòu)造函數(shù),是按照位拷貝來進行。因此在涉及到資源管理時,最好自己定義移動構(gòu)造函數(shù)。
class String { public: String(char* str = "") { if(str == nullptr) str = ""; _str = new char[strlen(str)+1]; strcpy(_str,str); } // 拷貝構(gòu)造 // String s(左值對象) String(const String& s) :_str(new char[strlen(s._str) + 1]) { strcpy(_str,s_str); } // 移動構(gòu)造 // String s(將亡值對象) String(String&& s) :_str(nullptr) { swap(_str,s._str); } // 賦值 String& operator=(const String& s) { if(this != &s) { char* tmp = new char[strlen(s._str)+1]; stcpy(tmp,s._str); delete[] _str; _str = tmp; } return *this; } // 移動賦值 String& operator=(String&& s) { swap(_str,s._str); return *this; } ~String() { if(_str) delete[] _str; } // s1 += s2 體現(xiàn)左值引用,傳參和傳值的位置減少拷貝 String& operator+=(const String& s) { // this->Append(s.c_str()); return *thisl } // s1 + s2 String operator+(const String& s) { String tmp(*this); // tmp.Append(s.c_str()); return tmp; } const char* c_str() { return _str; } private: char* _str; }; int main() { String s1("hello"); // 實例化s1時會調(diào)用移動構(gòu)造 String s2("world"); String ret ret = s1 + s2 // +返回的是臨時對象,這里會調(diào)用移動構(gòu)造和移動賦值,減少拷貝 vector<String> v; String str("world"); v.push_back(str); // 這里調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù) v.push_back(move(str)); // 這里調(diào)用移動構(gòu)造,減少一次拷貝 return 0; }
總結(jié):
左值:可以改變的值;
右值: 不可以改變的值(常量,表達式返回值,臨時對象)
左值引用: int& aa = a; 在傳參和傳值的位置使用,減少拷貝,提高效率
右值引用: int&& bb = 10; 在傳值返回和將亡值傳參時,通過調(diào)用移動構(gòu)造和移動賦值,減少拷貝,提高效率。
const 左值引用可以引用右值
右值引用可以應用move后的左值
7.6 完美轉(zhuǎn)發(fā)
完美轉(zhuǎn)發(fā)是指在函數(shù)模板中,完全按照模板的參數(shù)的類型,將參數(shù)傳遞給函數(shù)模板中調(diào)用的另外一個函數(shù)
void Func(int x) { // ...... } template<typename T> void PerfectForward(T t) { Fun(t); }
PerfectForward為完美轉(zhuǎn)發(fā)的模板函數(shù),F(xiàn)unc為實際目標函數(shù),但上面的轉(zhuǎn)發(fā)還不夠完美,完美轉(zhuǎn)發(fā)是目標函數(shù)希望將參數(shù)按照傳遞給轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù)的實際類型轉(zhuǎn)給目標函數(shù),而不產(chǎn)生額外開銷,就好像沒有轉(zhuǎn)發(fā)者一樣.
所謂完美:函數(shù)模板在向其他函數(shù)傳遞自身形參時,如果相應實參是左值,就轉(zhuǎn)發(fā)左值;如果是右值,就轉(zhuǎn)發(fā)右值。(這樣是為了保留在其他函數(shù)針對轉(zhuǎn)發(fā)而來的參數(shù)的左右值屬性進行不同處理,比如參數(shù)為左值時實施拷貝語義、參數(shù)為右值時實施移動語義)
在C++11中,通過forward函數(shù)來實現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)。
void Fun(int &x){cout << "lvalue ref" << endl;} void Fun(int &&x){cout << "rvalue ref" << endl;} void Fun(const int &x){cout << "const lvalue ref" << endl;} void Fun(const int &&x){cout << "const rvalue ref" << endl;} template<typename T> void PerfectForward(T &&t){Fun(std::forward<T>(t));} int main() { PerfectForward(10); // rvalue ref int a; PerfectForward(a); // lvalue ref PerfectForward(std::move(a)); // rvalue ref const int b = 8; PerfectForward(b); // const lvalue ref PerfectForward(std::move(b)); // const rvalue ref return 0; }
八、lambda表達式
在C++98中,如果想對一個數(shù)據(jù)集合中的元素進行排序,可以使用std::sort()方法,但其默認按照小于比較,如果想排降序,則要傳入第三個參數(shù),可以使用std::greater()的比較方法,
vector<int> v{1,4,3,2,7,6,5}; // 默認按照小于比較,結(jié)果是升序 sort(v.begin(),v.end()); // 傳入第三個模板參數(shù)std::greater<T>(),按照大于比較,默認是降序 sort(v.begin(), v.end(),greater<int>());
但是該方法只支持內(nèi)置類型,對于用于自定義的類型就無能為力了,這是就需要用于自定義排序時的規(guī)則。目前我們可以通過函數(shù)指針,仿函數(shù),lambda來解決。
1、lambda 表達式語法
[捕捉列表](參數(shù)列表)mutable->返回值類型{函數(shù)體}
捕捉列表:該列表出現(xiàn)在lambda函數(shù)的開始位置,編譯器根據(jù)[]來判斷接下來的代碼是否為lambda函數(shù),捕捉列表可以捕捉上下文中的變量供lambda函數(shù)使用
參數(shù)列表:與普通函數(shù)的參數(shù)列表一致。則可以連同()一起省略
mutable:默認情況下,lambda函數(shù)總是一個const函數(shù),mutable可以取消其常量性。使用該修飾符,參數(shù)列表不可以省略(即使參數(shù)列表為空)
->返回值類型。用于追蹤返回值類型。沒有返回值時可以省略。返回值類型明確的情況下,也可以省略
{函數(shù)體}:在該函數(shù)體,除了可以使用參數(shù)外,也可以使用捕捉到的所有變量
!!!在lambda函數(shù)定義中,參數(shù)列表和返回值類型都是可選部分,而捕捉列表和函數(shù)體可以為空。
int main() { // 最簡單的lambda表達式 []{}; // 省略參數(shù)列表和返回值類型,返回值類型有編譯器推演為int int a=3,b=4; [=]{return a+3;}; // 省略返回值類型 auto fun1 = [&](int c){b = a + c;}; // 各部分完整的lambda函數(shù) auto fun2 = [=,&b](int c)->int(return += a + c;); // 復制捕捉x int x = 10; auto add_x = [x](int a)mutable{x *= 2; return a + x;}; return 0; }
2、捕獲列表說明
捕獲列表描述了上下文中那些數(shù)據(jù)可以被lambda使用,以及使用的方式傳值還是引用
a [var]:表示值傳遞方式捕獲變量var b [=]:表示值傳遞方式捕獲所有父作用域中的變量(包括this) c [&var]:表示引用傳遞變量var d [&]:表示引用傳遞捕獲所有父作用域中的變量(this) e [this]:表示值傳遞方式捕獲當前的this指針
!!!:
a 父作用域包含lambda函數(shù)的語句塊 b 語法上捕獲列表可由多個捕獲項組成,并以逗號分隔 比如:[=,&a,&b]:以引用傳遞的方式捕獲變量a 和 b,值傳遞的方式捕獲其它所有變量. [&,a,this];值傳遞的方式捕獲變量a和this,引用方式捕獲其它變量。 捕捉列表不允許變量重復傳遞,否則會導致編譯錯誤。比如:[=,a]以傳值的方式捕獲了所有變量,又重復捕捉a c 塊作用域以外的lambda函數(shù)捕捉列表必須為空 e 在塊作用域中的lambda函數(shù)僅能捕捉父作用域中局部變量,捕捉任何非此作用域或者非局部變量都會導致編譯報錯 f lambda表達式之間不能相互賦值,即使看起來類型相同.
void (*PF)(); int main() { auto f1 = []{cout<<"hello world"<<endl;}; auto f2 = []{cout<<"hello world"<<endl;}; f1= f2; // 這里會編譯失敗,提示找不到operator=() auto f3(f2); // 允許使用一個lambda表達式拷貝一個新的福分 PF = f2; // 可以將lambda表達式賦值給相同類型的指針 return 0; }
3、lambda表達式與函數(shù)指針、仿函數(shù)
typedef bool (*GTF) (int, int); bool greater_func1(int l, int r) { return l > r; } struct greater_func2 { bool operator()(int l, int r) { return l > r; } }; int main() { // 函數(shù)指針 GTF f1 = greater_func1; // typedef 定義 // bool (*f1) (int, int) = greater_func1; // 不typedef ,直接原生寫法,可讀性差 cout<< f1(1,2)<<endl; // 仿函數(shù) greater_func2 f2; cout<< f2(1,2)<<endl; // lamba表達式 auto f3 = [] (int l, int r) ->bool{return l > r;}; cout<< f3(1,2)<<endl; int a[] = {1,2,4,5,3,7,6,9,8}; sort(a,a+sizeof(a)/sizeof(a[0]),f1); sort(a,a+sizeof(a)/sizeof(a[0]),f2); sort(a,a+sizeof(a)/sizeof(a[0]),f3); // sort函數(shù)第三個模板參數(shù)能接受函數(shù)指針,仿函數(shù)、lambda表達式,是因為其第三個參數(shù)是一個模板custom (2) template <class RandomAccessIterator, class Compare> void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp); return 0; }
函數(shù)指針,仿函數(shù),lambda用法上是一樣的,但函數(shù)指針類型定義很難理解,仿函數(shù)需要實現(xiàn)運算符的重載,必須先定義一個類,而且一個類只能實現(xiàn)一個()operator的重載。(ep:對商品的不同屬性實現(xiàn)比較就需要實現(xiàn)不同的類),要先定義好才能使用。而lambda可以定義好直接使用.
struct Goods { string _name; double _price; double _appraise; }; int main() { Goods gds[] = { { "蘋果", 2.1, 10 }, { "相交", 3, 8 }, { "橙子", 2.2, 7 }, { "菠蘿", 1.5, 10 } }; sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._price > g2._price; }); sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._appraise > g2._appraise; }); return 0; }
上面的例子就體現(xiàn)了其現(xiàn)做現(xiàn)用的特性。
4、lambda表達式的底層
class Rate { public: Rate(double rate) : _rate(rate) {} double operator()(double money, int year) { return money * _rate * year; } private: double _rate; }; int main() { // 函數(shù)對象 double rate = 0.49; Rate r1(rate); r1(10000, 2); // 仿函數(shù) auto r2 = [=](double monty, int year)->double{return monty*rate*year; }; r2(10000, 2); return 0; }
函數(shù)對象將rate作為其成員變量,在定義對象時候給出初始值即可,lambda表達式通過捕獲列表直接捕獲該變量.
通過上面的圖可以看出,實際在底層編譯器對于處理lambda表達式的處理方式,完全就是按照函數(shù)對象的方式處理的,即:如果定義了一個lambda表達式,編譯器會自動生成一個類,在該類中重載了operator();
并且編譯器是通過lambda_+uuid來唯一辨識一個lambda表達式的
九、線程庫
C++11中引入了線程庫,使得在C++在并行編程時可以不需要依賴第三方庫,而且在原子操作中引入了原子類的概念。
要使用標準庫中的線程,必須包含頭文件
#include<iostream> #include<thread> void fun() { std::cout << "A new thread!" << std::endl; } int main() { std::thread t(fun); t.join(); std::cout << "Main thread!" << std::endl; system("pause"); return 0; }
9.1 線程的啟動
C++線程庫通過構(gòu)造一個線程對象來啟動一個線程,該線程對象中包含了線程運行時的上下文環(huán)境,如:線程函數(shù)、線程棧、線程其實狀態(tài)、以及線程ID等,把所有操作全部封裝在一起,在同一傳遞給_beginthreadex()創(chuàng)建線程函數(shù)來實現(xiàn)(_beginthreadex是windows中創(chuàng)建線程的底層c函數(shù))
std::thread()創(chuàng)建一個新的線程可以接受任意的可調(diào)用對象類型,包括lambda表達式,函數(shù),函數(shù)對象,函數(shù)指針
// 使用lambda表達式作為線程函數(shù)創(chuàng)建線程 int main() { int n1 = 1; int n2 = 2; std::thread t([&](int addNum){n1 += addNum; n2 += addNum; }, 3); t.join(); std::cout << n1 << " " << n2 << std:: endl; system("pause"); return 0; }
9.1 線程的結(jié)束
啟動一個線程后,當線程執(zhí)行完畢時,如果護手線程使用的資源,thread庫提供了兩種選擇。
1、join()
join():會主動等待線程終止,在調(diào)用進程中join(),當新的線程終止時,join()會清理相關(guān)的資源,然后返回,調(diào)用線程在繼續(xù)向下執(zhí)行。由于join()清理了線程的相關(guān)資源,thread對象與已銷毀的線程就沒有關(guān)系了,因此一個線程對象每次只能join()一次,如果多次調(diào)用join(),joinable()會返回false;
int main() { int n1 = 1; int n2 = 2; std::thread t([&](int addNum){n1 += addNum; n2 += addNum; }, 3); std::cout << "join before,joinable=" << t.joinable() << std::endl; t.join(); std::cout << "join after,joinable=" << t.joinable() << std::endl; system("pause"); return 0; } // 執(zhí)行結(jié)果: join before,joinable=1 join after,joinable=0
2、detach()
detach:會從調(diào)用線程中分離出新的線程,之后不能再與新線程交互。這是調(diào)用joinable()會返回false。分離的線程會在后臺運行,其所有權(quán)和控制權(quán)會交給C++運行庫。C++運行庫會保證在線程退出時,其相關(guān)資源能正確回收。
int main() { int n1 = 1; int n2 = 2; std::thread t([&](int addNum){n1 += addNum; n2 += addNum; }, 3); std::cout << "join before,joinable=" << t.joinable() << std::endl; t.detach(); std::cout << "join after,joinable=" << t.joinable() << std::endl; system("pause"); return 0; }
注意,必須在thread對象銷毀之前作出選擇,因為線程在join()或detach()之前,就可能已經(jīng)結(jié)束,如果之后在分離,線程可能會在thread對象銷毀之后繼續(xù)運行。
9.3 原子性操作庫
多線程最主要的問題是共享數(shù)據(jù)帶來的問題(線程安全)。如果數(shù)據(jù)都是只讀的,沒有問題,因為只讀不會影響數(shù)據(jù),不會涉及數(shù)據(jù)的修改,所有線程都會獲得同樣的數(shù)據(jù)。但是,當多個線程要修改數(shù)據(jù)時,就會產(chǎn)生很多潛在的麻煩。
int sum = 0; void fun(size_t num) { for (size_t i = 0; i < num; i++) sum++; } int main() { std::cout << "before,sum=" << sum << std::endl; std::thread t1(fun, 100000000); std::thread t2(fun, 100000000); t1.join(); t2.join(); std::cout << "After,sum=" << sum << std::endl; system("pause"); return 0; }
當fun的參數(shù)比較大時,就會產(chǎn)生和預期不相符的結(jié)果.
在C++98中可以通過加鎖來保護共享數(shù)據(jù)。
int sum = 0; std::mutex m; void fun(size_t num) { for (size_t i = 0; i < num; i++) { m.lock(); sum++; m.unlock(); } }
雖然加鎖結(jié)果了這個問題:但是它有一個缺陷:只要有一個線程在對sum++的時候,其它線程就會阻塞,會影響程序運行的效率,而且鎖如果控制不好,或?qū)е滤妓鞯膯栴}。
因此在C++11中引入了原子操作。對應于內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型,原子數(shù)據(jù)類型都有一份對應的類型。
要使用以上的原子操作,需要添加頭文件
#include<thread> #include<mutex> #include<atomic> std::atomic_int sum{ 0 }; void fun(size_t num) { for (size_t i = 0; i < num; i++) { sum ++; // 原子的 } } int main() { std::cout << "before,sum=" << sum << std::endl; std::thread t1(fun, 10000000); std::thread t2(fun, 10000000); t1.join(); t2.join(); std::cout << "After,sum=" << sum << std::endl; system("pause"); return 0; }
到此這篇關(guān)于詳解C++之C++11的牛逼特性的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11特性內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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