什么是C++11

C++11是曾經(jīng)被叫做C++0x，是對目前C++語言的擴(kuò)展和修正，C++11不僅包含核心語言的新機(jī)能，而且擴(kuò)展了C++的標(biāo)準(zhǔn)程序庫（STL），并入了大部分的C++ Technical Report 1（TR1）程序庫(數(shù)學(xué)的特殊函數(shù)除外)。

C++11包括大量的新特性：包括lambda表達(dá)式，類型推導(dǎo)關(guān)鍵字auto、decltype，和模板的大量改進(jìn)。

1. 概述

最近在看C++ Primer5 剛好看到一半，總結(jié)一下C++11里面確實(shí)加了很多新東西，如果沒有任何了解，別說自己寫了，看別人寫的代碼估計(jì)都會有些吃力。C++ Primer5是學(xué)習(xí)C++11的比較好的書籍。這篇文章僅總結(jié)關(guān)于C++11中的新東西，老的東西不再贅述。本文的所有代碼僅僅值列出關(guān)鍵代碼，并且所有特性都已經(jīng)用編譯器驗(yàn)證過，我的編譯環(huán)境 gcc 5.3.1  g++ 5.3.1 ，據(jù)說 4.7以上的版本已經(jīng)支持大部分C++11的特性，VS系列的編譯器對C++11的支持情況不甚了解，如果沒有合適的編譯器，可以點(diǎn)擊這里 C++shell 這是一個(gè)在線的C++編譯系統(tǒng)，里面有多個(gè)選項(xiàng)可以選擇C++98，C++11，C++14等，可以在這里面驗(yàn)證C++11的正確性。

2. long long 類型

long long 類型實(shí)際上沒有在C++ 98中存在，而之后被C99標(biāo)準(zhǔn)收錄，其實(shí)現(xiàn)在市面上大多數(shù)編譯器是支持 long long 的，但是這個(gè)類型正式成為C++的標(biāo)準(zhǔn)類型是在C++11中。標(biāo)準(zhǔn)要求long long至少是64位也就是8個(gè)字節(jié)。一個(gè)字面常量使用LL后綴表示long long類型，使用ULL后綴表示unsigned long long 類型。

3. 列表初始化

C++11中全面加入了列表初始化的功能，包括對vector，map，值類型，struct等等都可以使用列表初始化，還可以在函數(shù)中返回一個(gè)花括號括起來的列表，而在這之前我們只能對數(shù)組進(jìn)行列表初始化：

//數(shù)組列表初始化
int xx[5]={1,2,3,4,5};
int yy[]={6,7,8,9,0};
 
//值類型進(jìn)行初始化
int a{10};
int b={10};
int c={10.123}; // 編譯器報(bào)錯，g++ 5.3.1當(dāng)列表初始化用于值類型的時(shí)候，如果有精度損失，編譯器會報(bào)錯。
 
//列表初始化還可以用結(jié)構(gòu)體
typedef struct Str{
  int x;
  int y;
}Str;
Str s = {10,20};
 
//列表初始化類,必須是public成員,如果含有私有成員會失敗
class Cls{
public:
  int x;
  int y;
};
Cls c = {10,20};
 
//vector不僅可以使用列表初始化，還可以使用列表進(jìn)行賦值，數(shù)組不能用列表賦值
vector<int>v1={1,2,3,4,5,6,7,8,9}; // 初始化
vector<int>v2;
v2={3,4,5,6,7}; //賦值
 
//map列表初始化
map<string ,int> m = {
   {"x",1},
   {"y",2},
   {"z",3}
};
 
//用函數(shù)返回初始化列表只展示關(guān)鍵代碼，相關(guān)頭文件自行添加
//同理結(jié)構(gòu)體，類，map的返回也可以使用初始化列表返回
vector<int> getVector()
{
 return {1,2,3,4,5};
}
 
int main()
{
 vector<int> v = getVector();
 cout<<v[0]<<v[1]<<v.size()<<endl;
 return 0 ;
}

4. nullptr 空指針

C++11中新加入的字面值表示不指向任何對象的空指針，以前我們常常用一個(gè)預(yù)定義的宏NULL來表示空指針，實(shí)際上NULL的值是0，新標(biāo)準(zhǔn)推薦使用nullptr而不是NULL

5. constexpr變量

我們在定義常量的時(shí)候一般使用const來定義，一個(gè)常量必須在定義的時(shí)候進(jìn)行初始化，并且之后不可更改。一個(gè)常量必須使用一個(gè)常量表達(dá)式進(jìn)行初始化，并且在編譯期間就可以得到常量的值，但是如何確定一個(gè)表達(dá)式就是常量表達(dá)式呢，這個(gè)通常是由程序員自己確定的，例如：

const int a =20;
//20是一個(gè)字面值，當(dāng)然也是一個(gè)常量表達(dá)式，所以用20來為a賦值是沒有問題的
//然而下面的代碼也可以通過編譯，g++ 5.3.1
int a = 20 ;
const int x = a;
int b[x]={0};

為常量x賦值的是一個(gè)變量a，這樣做應(yīng)該是不合理的，但是編譯器沒有報(bào)告任何錯誤，當(dāng)然這種錯誤是顯而易見的，但是在復(fù)雜的系統(tǒng)中如何判斷一個(gè)表達(dá)式是否是常量表達(dá)式是很困難的，例如這里的a我們一眼就可以判斷其并不是一個(gè)常量表達(dá)式。為此C++11提供了一個(gè)新的關(guān)鍵字constexpr，使用該關(guān)鍵字定義的常量，由編譯器檢查為其賦值的表達(dá)式是否是常量表達(dá)式，例如上面的代碼改成：

int a = 20 ;
constexpr int x = a;

編譯器編譯的時(shí)候就會報(bào)錯說a并不是常量。顯然constexpr關(guān)鍵字將常量表達(dá)式的檢查轉(zhuǎn)交給編譯器處理，而不是程序員自己，所以使用constexpr定義常量要比const安全。

6. constexpr函數(shù)

普通的函數(shù)一般是不能用來為constexpr常量賦值的，但是C++11允許定義一種constexpr的函數(shù)，這種函數(shù)在編譯期間就可以計(jì)算出結(jié)果，這樣的函數(shù)是可以用來為constexpr賦值的。定義constexpr函數(shù)需要遵守一些約定，函數(shù)的返回類型以及所有形參的類型都應(yīng)該是字面值，一般情況下函數(shù)體中必須有且只有一條return語句。

constexpr int size()
{
  return 42;
}
 
constexpr int si = size();

執(zhí)行初始化的時(shí)候編譯器將函數(shù)的調(diào)用替換成結(jié)果值，constexpr函數(shù)體中也可以出現(xiàn)除了return之外的其他語句，但是這些語句在運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該執(zhí)行任何操作，例如空語句，using聲明等。constexpr函數(shù)允許其返回值并非是一個(gè)字面值，例如：

constexpr int size(int s)
{
  return s*4;
}
 
int a = 20;
const int b = 30;
constexpr int c = 40;
constexpr int si = size(a); //error a是一個(gè)變量所以函數(shù)返回的是一個(gè)可變的值
constexpr int si1 = size(20); //ok 函數(shù)返回的實(shí)際上是一個(gè)常量
constexpr int si2 = size(b); //ok
constexpr int si3 = size(c); //ok

由上可知constexpr函數(shù)并不一定返回常量，如果應(yīng)用于函數(shù)的參數(shù)是一個(gè)常量表達(dá)式則返回常量，否則返回變量，而該函數(shù)調(diào)用到底是一個(gè)常量表達(dá)式還是非常量表達(dá)式則由編譯器來判斷。這就是constexpr的好處。

7. using類型別名

類型別名其實(shí)早在C語言中就有了，一般情況下我們使用關(guān)鍵字typedef來聲明一個(gè)類型的別名，在C++11中增加了另一種聲明類型別名的方法就是使用using關(guān)鍵字，using關(guān)鍵字在C++11以前一般用來引用命名空間。

typedef int INT; // 右側(cè)符號代表左側(cè)
using INT2 = int; // 左側(cè)符號代表右側(cè)
 
INT a = 20;
INT2 b = 30;

8. auto類型指示符

我們定義一個(gè)變量的時(shí)候首先必須確定該變量的類型，而很多時(shí)候并不是我們先需要一個(gè)變量然后為該變量賦值合適的數(shù)據(jù)，而是我們有一個(gè)值但是我們卻不知道該用什么類型的變量存儲它，特別是C++的模版使用的非常廣泛，有時(shí)候要定義一個(gè)變量，其類型是很復(fù)雜的會帶有模版的類型參數(shù)，例如一個(gè)最常見的例子：

map<string ,int> m ;
map<string,int>::iterator it = m.begin();

上面的例子中我們定義了一個(gè)map<string,int>::iterator類型的變量來存放 m.begin()的值,這個(gè)例子相對來說還不算困難但是我在開始使用map容器的時(shí)候也曾經(jīng)被搞暈過，如果map是一個(gè) map<string,double> 類型則需要定義一個(gè)  map<string.double>::iterator it 來存放了。特別是如果map和vector之間互相嵌套的情況就更容易弄錯了。定義這種類型變量的另一個(gè)缺點(diǎn)就是一個(gè)類型的名字往往會很長，試想一下程序代碼中通篇都是這種變量聲明，恐怕不會有幾個(gè)人看著舒服吧。不過沒關(guān)系C++11為我們定義了一個(gè)新的關(guān)鍵字 auto 用來定義變量，而變量的類型由編譯器自動根據(jù)賦值的表達(dá)式推導(dǎo)出來，不需要我們顯示定義了。因?yàn)閍uto定義的變量的類型由編譯器根據(jù)賦值的表達(dá)式推導(dǎo)，所以auto定義的變量必須有初始值，否則編譯器沒法確定該變量的類型。

auto x = 20; // x 是int
auto y = 3.14; // y 是double
map<string ,int> m ;
auto it = m.begin(); //it 是map<string,int>::iterator

這樣是不是方便了不少，而且程序看起來更加簡潔了
auto可以在一條語句中聲明多個(gè)變量，但是要保證語句中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型只有一個(gè)，例如：

auto i=10,*p=&i; // OK i是int，p是int*
auto a=10,b=3.14; // Error 類型是int還是double ?

9. decltype類型指示符

有時(shí)候會有這樣的需求，我們需要知道一個(gè)表達(dá)式的類型，并使用該類型去定義一個(gè)變量，例如：

int a = 10;
int b = 20;
auto c = a + b; // OK a+b的類型是int，此時(shí)c的類型是int，并且c的值是 a+b

auto可以解決部分問題，例如我們定義的變量的類型就是表達(dá)式 a+b 的類型，但是如果我們僅僅需要定義一個(gè)與表達(dá)式 a+b 的類型相同的變量，但是我們又不希望將表達(dá)式a+b的值賦值給剛剛定義的變量，我們希望賦另外一個(gè)值或者是僅僅定義變量而不賦值呢。 這就需要用到C++11 提供的另一個(gè)類型說明符 decltype了。decltype作用于一個(gè)表達(dá)式，并且返回該表達(dá)式的類型，在此過程中編譯器分析表達(dá)式的類型，并不會計(jì)算表達(dá)式的值。例如

int a = 10;
int b = 20;
decltype(a+b) c = 50; // OK c的類型就是 a+b 的類型int

對于引用類型decltype有一些特別的地方：

int a = 20 ;
int &b = a;
decltype(b) c ; // Error c是引用類型必須賦值
decltype(b) d = a; // OK d是引用類型，指向a

可以看到decltype如果作用于一個(gè)引用類型，其得到的還是一個(gè)引用類型。我們知道一個(gè)引用類型在使用的時(shí)候一般會當(dāng)作其關(guān)聯(lián)的那個(gè)變量的同義詞處理，例如如果使用 cout<<b<<endl; 其中b實(shí)際上相當(dāng)于a，但是decltype作用于引用類型的時(shí)候會保留引用性質(zhì)。

如果一個(gè)表達(dá)式是一個(gè)解指針引用的操作，decltype得到的也是一個(gè)引用類型：

int a = 20 ;
int *p = &a;
decltype(*p) c = a; // c的類型是int&
c = 50;
cout<<a<<endl; // 輸出50

當(dāng)decltype作用于一個(gè)變量的時(shí)候，變量加不加括號是有區(qū)別的，例如：

int a = 20;
decltype(a) b = 30; //ok b的類型是 int
decltype((a)) c = a ; // ok c的類型是int& 其關(guān)聯(lián)變量 a

加上括號之后編譯器會把(a)當(dāng)作是一個(gè)表達(dá)式處理，而變量是一種可以作為賦值語句左值的表達(dá)式，所以會解釋成引用類型。