第 1 节 C++ 11/14 高速上手教程 - C++11/14 简介

发布于 2025-03-07 00:37:11 字数 6682 浏览 0 评论 0 收藏 0

一、概述

目标读者

本教程假定读者已经熟悉了传统 C++ ，至少在阅读传统 C++ 代码上不具备任何困难。

引言

C++ 算是一个用户群体比较大的语言了，从 C++98 到 C++11 经历了长达十年多之久的积累，C++14 则是作为对 C++11 的重要补充和优化，所有这些新标准中扩充的特性，给 C++ 这门语言注入了新的活力。

那些还在坚持使用 传统 C++ （本教程把 C++98 及其之前的 C++ 特性均称之为传统 C++）而未接触过 C++11/14 的 C++ 程序员在见到诸如 Lambda 表达式这类全新特性时，甚至会流露出『学的不是同一门语言』的惊叹之情。

C++1x (本教程中指 C++11/14, 甚至 C++17) 为传统 C++ 注入的大量特性使得整个 C++ 变得更加像一门现代化的语言。C++1x 不仅仅增强了 C++ 语言自身的可用性， auto 关键字语义的修改使得我们更加有信心来操控极度复杂的模板类型。同时还对语言运行期进行了大量的强化，Lambda 表达式的出现让 C++ 具有了『匿名函数』的『闭包』特性，而这一特性几乎在现代的编程语言（诸如 Python/Swift/... ）中已经司空见惯，右值引用的出现解决了 C++ 长期以来被人诟病的临时对象效率问题等等。

C++1x 为自身的标准库增加了非常多的工具和方法，诸如在语言层面上提供了 std::thread 支持了并发编程，在不同平台上不再依赖于系统底层的 API，实现了语言层面的跨平台支持； std::regex 提供了完整的正则表达式支持等等。

C++98 已经被实践证明了是一种非常成功的『范型』，而 C++1x 的出现，则进一步推动这种范型，让 C++ 成为系统程序设计和库开发更好的语言。

> 提示：本课程所有代码至少需要开启 -std=c++11 选项来支持 C++11 相关特性，在介绍 C++14 特性时的相关代码需要开启 -std=c++14 的编译选项，例如： > > > g++ main.cpp -std=c++11 > g++ main.cpp -std=c++14 > > > 推荐所有代码均使用 -std=c++14 选项进行编译。

二、教程目录

本教程虽号称高速上手教程，但实际上对 C++11/14 的相关特性做了一个较为全面的介绍，读者可以自行根据下面的目录选取感兴趣的内容进行学习，快速熟悉需要了解的内容，这从某种意义上来说，也算是高速上手了。

这些特性并不需要全部掌握，只需针对特定的应用场景，学习、查阅最适合自己的新特性即可（但 总结部分依然给出了建议学习的特性 ）。

值得一提的是，本教程在介绍这些特性的过程中，尽可能简单明了的介绍了这些特性产生的历史背景和技术需求，这为理解这些特性、运用这些特性提供了很大的帮助。

C++11/14 简介
- 概述
- 教程目录
- 被弃用的特性
- 与 C 的兼容性
语言可用性的强化
- nullptr 与 constexpr
- 类型推导
  - auto
  - decltype
  - 尾返回类型、 auto 与 decltype 配合
- 区间迭代
  - 基于范围的 for 循环
- 初始化列表
  - std::initializer_list
  - 统一初始化语法
- 模板增强
  - 外部模板
  - 尖括号 >
  - 类型别名模板
  - 变长参数模板
- 面向对象增强
  - 委托构造
  - 继承构造
  - 显式虚函数重载
    - override
    - final
  - 显式禁用默认函数
- 强类型枚举
语言运行期的强化
- lambda 表达式
  - lambda 表达式基础
    - 值捕获
    - 引用捕获
    - 隐式捕获
    - 表达式捕获
  - 泛型 lambda
- 函数对象包装器
  - std::function
  - std::bind/std::placeholder
- 右值引用
  - 左值、右值的纯右值、将亡值、右值
  - 右值引用和左值引用
  - 移动语义
  - 完美转发
对标准库的扩充: 新增容器
- std::array
- std::forward_list
- std::unordered_set
- std::unordered_map
- std::tuple
  - 基本操作
  - 运行期索引
  - 合并与迭代
对标准库的扩充: 智能指针和引用计数
- 引用计数
- std::shared_ptr
- std::make_shared
- std::unique_ptr
- std::weak_ptr
对标准库的扩充: 正则表达式库
- 正则表达式简介
  - 普通字符
  - 特殊字符
  - 限定符
- std::regex 及其相关
  - std::regex
  - std::regex_match
  - std::match_results
对标准库的扩充: 语言级线程支持
- std::thread
- std::mutex
- std::unique_lock
- std::future
- std::packaged_task
- std::condition_variable
其他杂项
- 新类型
  - long long int
- noexcept 的修饰和操作
- 字面量
  - 原始字符串字面量
  - 自定义字面量
扩展主题: C++17 简介
- 主要入选特性
  - 非类型模板参数的 auto
  - std::variant<>
  - 结构化绑定(Structured bindings)
  - 变量声明的强化
- 未入选特性
  - Concepts

三、被弃用的特性

在学习 C++1x 之前，我们先了解一下从 C++11 开始，被弃用的主要特性：

> 注意：弃用不等于废弃，只是用于暗示程序员这些特性将从未来的标准中消失，应该尽量避免使用。但是，已弃用的特性依然是标准库的一部分，并且出于兼容性的考虑，这些特性其实会『永久』保留。

如果一个类有析构函数，为其生成拷贝构造函数和拷贝赋值运算符的特性被弃用了。
不再允许字符串字面值常量赋值给一个 char * 。如果需要用字符串字面值常量赋值和初始化一个 char * ，应该使用 const char * 或者 auto 。

char *str = "hello world!"; // 将出现弃用警告

C++98 异常说明、 unexcepted_handler 、 set_unexpected() 等相关特性被弃用，应该使用 noexcept 。
auto_ptr 被弃用，应使用 unique_ptr 。
register 关键字被弃用。
bool 类型的 ++ 操作被弃用。
C 语言风格的类型转换被弃用，应该使用 static_cast 、 reinterpret_cast 、 const_cast 来进行类型转换。

还有一些其他诸如参数绑定（C++11 提供了 std::bind 和 std::function ）、 export 等特性也均被弃用。前面提到的这些特性 如果你从未使用或者听说过，也请不要尝试去了解他们，应该向新标准靠拢 ，直接学习新特性。毕竟，技术是向前发展的。

四、与 C 的兼容性

出于一些不可抗力、历史原因，我们不得不在 C++ 中使用一些 C 语言代码（甚至古老的 C 语言代码），例如 Linux 系统调用。在 C++11 出现之前，大部分人当谈及『C 与 C++ 的区别是什么』时，普遍除了回答面向对象的类特性、泛型编程的模板特性外，就没有其他的看法了，甚至直接回答『差不多』，也是大有人在。下面的韦恩图大致上回答了 C 和 C++ 相关的兼容情况：

此处输入图片的描述

从现在开始，你的脑子里应该树立 『C++ 不是 C 的一个超集』 这个观念（而且从一开始就不是）。在编写 C++ 时，也应该尽可能的避免使用诸如 void* 之类的程序风格。而在不得不使用 C 时，应该注意使用 extern "C" 这种特性，将 C 语言的代码与 C++代码进行分离编译，再统一链接这种做法，例如：

// foo.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

int add(int x, int y);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

// foo.c
int add(int x, int y) {
  return x+y;
}

// main.cpp
#include "foo.h"
int main() {
  add(1, 2);
  return 0;
}

应先使用 gcc 编译 C 语言的代码：