C++11(C++新标准)-中文版

### C++11 新特性详解 #### 一、概述 C++11 是 C++ 编程语言的一个重要里程碑，代表了自 C++98 和 C++03 以来的重大更新。这一版本不仅增强了核心语言的功能，还显著扩展了 C++ 标准库。C++11 的开发遵循了一系列指导原则，包括兼容性、实用性和安全性等方面的考量。下面将详细介绍 C++11 中的关键变化。 #### 二、核心语言的增强 ##### 2.1 右值引用和移动语义 **右值引用**(Right-value references)是 C++11 中引入的一个关键概念，它允许更高效地处理临时对象。**移动语义**(Move semantics)是一种优化技术，利用右值引用可以更高效地从临时对象转移资源，而非复制它们。例如： ```cpp #include <utility> class MyClass { public: MyClass(MyClass&& other) noexcept : m_data(std::move(other.m_data)) { // 移动构造函数 } MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept { m_data = std::move(other.m_data); return *this; } private: std::string m_data; }; ``` **示例：** ```cpp MyClass obj1("Hello"); MyClass obj2 = std::move(obj1); // 移动构造 ``` ##### 2.2 泛化的常量表达式 在 C++11 中，编译器现在可以在编译时期评估更多的表达式，从而允许在模板元编程中进行更复杂的计算。这极大地增强了模板编程的能力。 **示例：** ```cpp template<int N> struct Factorial { static const int value = N * Factorial<N - 1>::value; }; template<> struct Factorial<0> { static const int value = 1; }; int main() { static_assert(Factorial<5>::value == 120, "Factorial calculation is incorrect."); return 0; } ``` ##### 2.3 对 POD 定义的修正 **POD（Plain Old Data）类型**是指那些没有构造函数、析构函数或者虚函数的类型。C++11 对 POD 类型的定义做了澄清，使之更加精确和实用。 **示例：** ```cpp struct PODType { int x; char y; }; // 此结构体是 POD 类型 ``` #### 三、核心语言的运行期表现强化 ##### 3.1 外部模板 **外部模板**(Extern templates)使得可以在编译期间延迟模板实例化，这有助于减少编译时间并提高程序效率。 **示例：** ```cpp template<typename T> class MyVector; extern template class MyVector<int>; extern template class MyVector<double>; ``` ##### 3.2 初始化列表 **初始化列表**(Initialization lists)提供了一种更加简洁的方式来初始化容器和其他类型。这对于初始化数组尤其有用。 **示例：** ```cpp std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5}; ``` ##### 3.3 统一的初始化 C++11 引入了**统一初始化**(Uniform initialization)，它简化了对象的初始化语法，并提高了代码的可读性。 **示例：** ```cpp int x{42}; // 直接初始化 ``` #### 四、核心语言使用性的加强 ##### 4.1 类型推导 **类型推导**(Type deduction)使得可以自动推导变量类型，无需显式指定类型，这提高了代码的灵活性。 **示例：** ```cpp auto x = 42; // x 的类型为 int ``` ##### 4.2 以范围为基础的 for 循环 **范围 for 循环**(Range-based for loop)提供了一种更加简洁的方式来遍历容器和其他序列。 **示例：** ```cpp std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5}; for (auto i : v) { std::cout << i << ' '; } ``` ##### 4.3 Lambda 函数与表达式 **Lambda 表达式**(Lambda expressions)允许在代码中直接定义匿名函数，这对于实现高效的回调函数非常有用。 **示例：** ```cpp auto lambda = [] (int a, int b) -> int { return a + b; }; int result = lambda(5, 3); // 结果为 8 ``` #### 五、核心语言能力的提升 ##### 5.1 变长参数模板 **变长参数模板**(Variadic templates)允许创建可以接受任意数量和类型的参数的模板，这极大地增强了模板编程的能力。 **示例：** ```cpp template<typename... Args> void print(Args... args) { (std::cout << ... << args) << '\n'; } print(1, "Hello", 3.14); ``` ##### 5.2 新的字符串字面值 C++11 引入了新的**字符串字面值**(String literals)，如 `u8`、`u` 和 `U` 前缀，分别用于 UTF-8、UTF-16 和 UTF-32 字符串。 **示例：** ```cpp std::wstring wstr = u8"Hello"; // UTF-8 字符串转为宽字符 ``` ##### 5.3 用户自定义的字面值 **用户自定义的字面值**(User-defined literals)允许创建自定义的字面值后缀，用于特定类型的字面值。 **示例：** ```cpp namespace literals { long operator"" _lb(long val) { return val * 1024; } } int main() { auto kb = 100_lb; // 等同于 102400 return 0; } ``` #### 六、标准库的变更 C++11 标准库也得到了显著的增强，包括但不限于： - **线程支持**：提供了 `<thread>`、`<mutex>` 等头文件，用于编写线程安全的代码。 - **多元组类型**：`<tuple>` 提供了一个固定大小的元组类型。 - **散列表**：`<unordered_map>` 和 `<unordered_set>` 支持基于散列的容器。 - **正则表达式**：`<regex>` 提供了用于正则表达式的强大工具。 #### 七、总结 C++11 是一个重大的更新，它不仅增强了语言的核心功能，还改进了标准库，使其更适合现代软件开发的需求。这些改进不仅提高了程序的效率和可维护性，还使得 C++ 成为一种更加强大且灵活的编程语言。