C++11 新特性

C++11 新特性

C++从诞生到现在一直是一门主流的编程语言，期间经历了多次更行迭代，最近的一次大版本更新就是C++11，而现在大部分公司也把C++11作为主流的应用版本。

相比于 C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中 约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。

相比较而言， C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率。

统一的列表初始化

在C++98中，标准允许使用大括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定，例如：

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int array2[5] = { 0 };Point p = { 1, 2 };return 0;
}

C++11扩大了用大括号括起的列表（初始化列表）的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型。

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化。C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中。

使用初始化列表时，可添加等号（=），也可不添加，例如：

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int x1 = 1;int x2{ 2 };int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };int array2[5]{ 0 };// 创建对象时也可以使用列表初始化方式Point p{ 1, 2 };// C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中int* pa = new int[4]{ 0 };return 0; }

为什么这么多的容器或者类型都支持列表初始化呢？是通过什么方式让内置、自定义类型和容器都支持列表初始化呢？

C++11中新增了一个类型叫做initializer_list，严格来说，initializer_list在C++里面是一个容器，是原生支持的一个容器，只要是{}都会被编译器自动识别成这个类型。

在C++11中这些容器的构造函数中，都支持了用initializer_list类型的构造函数，下面这是一部分，基本上所有的STL容器都支持了列表初始化。

除此之外，initializer_list也可以作为operator=的参数，这样就可以用大括号赋值。

详细资料：std::initializer_list

声明

C++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

auto 关键字

在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。

C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型推导（Type Inference）。使用auto声明变量时，编译器会根据右边表达式的类型自动推断出变量的类型，并将其类型推导为所初始化的表达式的类型。

auto i = 10;    // 推导为 int 类型
auto d = 2.3;   // 推导为 double 类型
auto s = "hello"; // 推导为 const char* 类型（C风格字符串）

需要注意的是，auto声明的变量必须要进行初始化，否则无法推导出变量的类型，编译会报错。

auto还可以与特定修饰符一起使用，如const、&和*等。例如：

const auto *p = &x; // 推导为const int*
auto &a = x;        // 推导为int&
auto b = &x;        // 推导为int*

因此，通过结合auto和各种修饰符，可以方便地定义各种类型的变量，从而简化代码，并提高程序的可读性和可维护性。

decltype 关键字

C++11标准中新增了一个decltype操作符，可以用于在不需要实际执行表达式的情况下将变量的类型声明为表达式指定的类型。

示例：

// decltype的一些使用使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2) 
{decltype(t1 * t2) ret;cout << typeid(ret).name() << endl;
}
int main()
{const int x = 1;double y = 2.2;decltype(x * y) ret; // ret的类型是doubledecltype(&y) p;      // p的类型是int* cout << typeid(ret).name() << endl; cout << typeid(p).name() << endl;  F(1, 'a');return 0;
}

看到这里，大多数人都会认为decltype和auto是一样的，但是对于以下场景只有decltype能做到。

例如：decltype推导的类型可以作为容量里面的参数。

int main()
{map<string, string> m = { { "insert", "插入" }, { "sort", "排序" } };auto it = m.begin();// vector<auto it> v;    // 错误vector<decltype(it)> v; // 正确return 0;
}

nullptr 关键字

由于C++中NULL（一个宏）被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示整形常量。

#ifndef NULL#ifdef __cplusplus#define NULL 0#else#define NULL ((void *)0)#endif
#endif

从源码中可以知道，在C中NULL是((void *)0)指针，在C++中NULL却是个整数0。

所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

先来看一段代码：

void func(char*)
{cout << "char*";
}
void func(int)
{cout << "int";
}int main()
{func(NULL); // 编译失败 error: call of overloaded ‘func(NULL)’ is ambiguousfunc(nullptr); // char*return 0;
}

在C++ 的函数重载中，传入NULL会导致编译失败，所以需要引入nullptr，使用nullptr可以解决函数重载中的参数匹配问题。

这里可以总结三点：

1. 使用nullptr可以不用担心整型和指针类型的重载，不会产生二义性导致编译失败。
2. 0和空指针分别表示不同的含义，使用nullptr可以更好的支持模板编程。
3. 使用nullptr使代码更安全，让用户编写代码更清晰直观。

详细资料：关于nullptr这篇文章你一定要看

关键字 using

在最开始学习C++的时候，using最广为人知的用法肯定是作为命名空间的使用，例如using namespace std；，它在C++11中又引入了两种最新的用法：

1. 在子类中引用基类的成员
2. 定义别名

我们都知道私有继承会继承父类public和protected部分为子类的private成员，这意味着无法使用子类对象直接调用父类成员。

但是使用using可以访问：

class father {
public:father() :value(55) {}virtual ~father() {}void test1() { cout << "father test1..." << endl; }
protected:int value;
};class son : private father {
public:using father::test1;using father::value;void test2() { cout << "value is " << value << endl; }
};int main(int argv, char* argc[])
{son son;son.test1();son.test2();
}

使用 using 在子类中引用基类的成员

大家都知道，在 C++ 中可以通过 typedef 重定义一个类型：

typedef unsigned int uint_t;

但是面对以下例子，是不是就会感觉开始比较难看了，我们实际上就是想定义一个函数指针而已。

typedef void (*Fun) (int, const std::string&);

如果使用using的话，这样看起来是不是就比较直接了：

using Fun = void (*) (int, const std::string&);

使用using定义别名看起来和typedef用法差不多，但实际上typede无法重定义模板。

例如，现在有模板：

template<typename T>
typedef map<std::string, T> mapT;

我们想这样定义：

typedef map<std::string, T> mapT;

实际就想定义一个key为string类型，但是value类型不确定的模板，但是这是错误的，因为此时T对于typedef是不确定的类型，如果真的想强行使用的话，就需要写成这样：

template <typename T>
struct str_map
{typedef std::map<std::string, T> mapT;
};
str_map<int>::mapT map;

但是如果使用using的话，就可以很容易对模板进行重定义：

template<typename T>
using mapT = map<std::string, T>;

使用 using 关键字定义类型别名

范围-based for 循环

给出一个容器，如果想要遍历其中的数据，需要用迭代器进行遍历，例如：

int main()
{vector<char> v = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };for (vector<char>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it){cout << *(it) << " ";}cout << endl;
}

C++11中推出了范围for，可以简化上述代码：

int main()
{vector<char> v = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' };for (auto it : v){cout << it << " ";}cout << endl;
}

其实for的底层原理还是用使用到了迭代器，跟第一种遍历毫无差别，只是换了种写法，使代码看起来更简洁。

右值引用和移动语义

传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性。

无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

左值引用和右值引用

什么是左值？什么是左值引用？

左值是一个表示数据的表达式（如变量名或解引用的指针），我们可以获取它的地址，可以对它赋值。

左值可以在赋值符号的左边，也可以在赋值符号的右边。

定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。

左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

示例：

int main()
{// 以下的p、b、c、*p都是左值，都能被取地址int* p = new int(0);int b = 1;const int c = 2;// 以下几个是对上面左值的左值引用int*& rp = p;int& rb = b;const int& rc = c;int& pvalue = *p;return 0;
}

什么是右值？什么是右值引用？

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，传值返回函数的返回值（这个不能是左值引用返回）等等。

右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。

右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

示例：

int main()
{double x = 1.1, y = 2.2;// 以下几个都是常见的右值10; x + y;fmin(x, y);// 以下几个都是对右值的右值引用int&& rr1 = 10;double&& rr2 = x + y;double&& rr3 = fmin(x, y);// 以下编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值//10 = 1; //x + y = 1;//fmin(x, y) = 1;return 0;
}

总的来说，可以取地址的对象就是左值，不取地址的对象就是右值。

注意：给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址（可以理解为对右值取别名之后，这个别名就变为了左值）。

例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1 去引用。

左值引用和右值引用的总结：

1. 左值引用只能引用左值，不能引用右值。但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
2. 右值引用只能右值，不能直接引用左值。但是右值引用可以引用move以后的左值，也可以通过模板来间接引用左值。

示例：

int main()
{// 以下的p、b、c、*p都是左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = 2;//引用前必须加上const， 否则会报错const int& r = 10;const double& r1 = x + y;const double& r2 = fmin(x, y);//右值引用引用左值int* && rr1 = move(p);int && rr2 = move(*p);int && rr3 = move(b);const int && rr4 = move(c);return 0;
}

右值引用使用场景和意义

前面我们可以看到左值引用既可以引用左值和又可以引用右值，那为什么C++11还要提出右值引用呢？

下面我们来看看左值引用的短板，右值引用是如何补齐这个短板的。

首先我们先来看看这样一段代码：

// 拷贝构造
string(const string& s) :_str(nullptr)
{cout<<"string(const string& s)--深拷贝"<<endl;string tmp(s._str)swap(tmp);
}string operator+(char ch)
{string tmp(*this);push_back(ch);return tmp;
}s = str + '!'

当str调用operator+()时，会拷贝一份临时对象tmp，当函数返回时，又会将临时对象tmp进行拷贝，然后将tmp进行销毁。

但是我们发现，在返回时，没有必要用tmp再构造一份对象，然后又将tmp销毁，这样大大耗费了资源。

有没有一种方法，在你销毁的时候将你的资源进行转移？

通过右值引用来完成移动构造，就能很好地解决这个问题。

// 移动构造
string(string&& s) :_str(nullptr)
{this->swap(s);cout<<"string(string&& s)--移动拷贝"<<endl;
}

虽然添加了移动构造，但问题又来了：在return tmp时，编译器如何知道去调用移动构造，而不是拷贝构造呢？

要搞清楚这个问题，需要弄明白右值的类型。

C++11将右值分为了两种：

1. 纯右值：内置类型的字面量，比如10， x+y。
2. 将亡值：move(自定义类型)，函数返回值，自定义类型表达式等等。比如临时对象tmp，因为出了作用域，它就将被销毁。

当返回tmp时，编译器会认为它是右值中的将亡值，就会实行最佳匹配原则，去调用移动构造，转移资源，而不会调用拷贝构造，提高了效率。

除了移动构造之外，还有移动赋值，也是用来解决资源浪费的问题：

string& operator=(string&& s)
{cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;swap(s);return *this;
}

C++11中STL中的容器都是增加了移动构造和移动赋值以提高性能。

虽然移动赋值和移动构造大大提升了性能，但是有时也是"非常危险"的，例如以下场景：

将s通过move转为右值后，移动赋值给s1，s的ptr竟然变为nullptr，为什么会这样呢？

其实原因很简单：移动赋值的本质其实就是资源转移，将s的资源转移到了s1，所以s的ptr自然而然的变为nullptr。

所以，在使用移动语义时需要这些细节，否则可能会给程序带来严重的后果。

之前听说过一句话：右值引用延长了对象的生命周期。这句话其实是不太对的，因为右值引用匹配上移动构造或者移动赋值，只是将资源从将亡值上转移到了非将亡值，并没有延长将亡值的生命周期。

右值引用真正的意义是什么？

右值引用的真正意义是移动语义（资源的移动），利用临时对象或者表达式的特性，避免资源的重复分配或者拷贝，从而提高程序的执行效率。

完美转发

模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力，但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值。

我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性，就需要用到完美转发。

先看以下一段代码：

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; 
}
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; 
}void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; 
}
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; 
}template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{Fun(t);
}
int main()
{PerfectForward(100);		  //右值int a;PerfectForward(a);            // 左值PerfectForward(std::move(a)); // 右值const int b = 8;PerfectForward(b);		      // const 左值PerfectForward(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

输出结果：

问题1：PerfectForward里面是右值引用，引用左值会不会报错？

答案是不会，因为通过模板可以引用折叠。

模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用。万能引用（引用折叠）既可以引用左值，也可以引用右值。

问题2：这段代码的本意是通过万能引用，左值去调用左值引用，右值去调用右值引用。但实际上无论是左值还是右值都调用了左值引用，这是为什么呢？

因为在对一个数据进行右值引用后，也会变为左值。

左值和右值有一个本质的区别就是左值可以取地址，右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址。

第一次传入100的时候，100是一个右值，但是通过右值引用之后，t就是一个有空间的左值了，再调用Fun函数，就会输出左值引用。这其实是一种属性丢失。

对此，C++11提供了完美转发（forward）来保证右值引用后的属性保持不变。

将

Fun(t);

改成：

Fun(std::forward<T>(t))

示例：

lambda表达式

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用std::sort方法。如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则。

示例：

struct Goods
{string _name;  // 名字double _price; // 价格int _evaluate; // 评价Goods(const char* str, double price, int evaluate):_name(str), _price(price), _evaluate(evaluate){}
};
struct ComparePriceLess
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price < gr._price;}
};
struct ComparePriceGreater
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price > gr._price;}
};
int main()
{vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2, 3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了lambda表达式。

lambda表达式语法格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

lambda表达式各部分说明：

• [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
• (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略。
• mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略（即使参数为空）。
• ->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
• {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

注意： 在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}，该lambda函数不能做任何事情。

示例1：实现两个数相加求和

int main()
{auto add = [](int a, int b)->int{return a + b; };	//[](int a, int b){return a + b;};cout << add(1, 2) << endl;return 0;
}

示例2：实现对水果价格按照升序排序

int main()
{Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "香蕉", 3 }, { "橙子", 2.2 }, { "菠萝", 1.5 }, { "哈密瓜", 4 } };sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), [](const Goods& left, const Goods& right)->bool{return left._price < right._price; });//[](const Goods& left, const Goods& right){return left._price < right._price;}for (auto& item : gds){cout << item._name << ":" << item._price << endl;}return 0;
}

例子3：通过捕捉列表交换两个变量的值

int main()
{int a = 10, b = 20;auto swap = [&a, &b]()mutable{int c = a;a = b;b = c;};swap();cout << "a:" << a << " " << "b:" << b << endl;return 0;
}

捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式是传值还是传引用：

• [var]：表示值传递方式捕捉变量var
• [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(成员函数中包括this)
• [&var]：表示引用传递捕捉变量var
• [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(成员函数中包括this)

注意：

1. 父作用域指包含lambda函数的语句块。
2. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量 [&，a,this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量。
3. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。 比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复。
4. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
5. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。
6. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同。

总的来说，lambda表达式就是一个仿函数，底层被处理成为一个lambda_uuid的一个仿函数类。

移动构造和移动赋值

C++类中，有6个成员函数不写，会被自动生成：

1. 构造函数
2. 析构函数
3. 拷贝构造函数
4. 拷贝赋值重载
5. 取地址重载
6. const 取地址重载

C++11 新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符重载。

针对移动构造函数和移动赋值运算符重载有一些需要注意的点如下：

1. 如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员变量是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。
2. 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值（默认移动赋值跟上面移动构造完全类似）。
3. 如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。

关键字 default 和 delete

关键字 default：强制生成默认函数

C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。

比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成默认的拷贝构造，那么我们可以使用default关键字显示指定拷贝构造生成。

示例：

class Person
{
public:Person() = default;Person(const char* name, int age = 0)//显示的写了构造函数，编译器就不会生成默认的构造函数:_name(name), _age(age){}private:string _name;int _age;
};int main()
{Person s1("fl",10);//调用显示的拷贝构造Person s2;//调用default生成的默认拷贝构造return 0;
}

关键字 delete：禁止生成默认函数

如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，这样只要其他人想要调用就会报错。

在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。

示例：

class Person
{
public:Person(){}Person(const Person& p) = delete;
private:string _name;int _age;
};int main()
{Person s2;Person s3 = s2;//error C2280: “Person(const Person&)”: 尝试引用已删除的函数return 0;
}

可变参数模板

C++98/03中，类模版和函数模版中只能含固定数量的模版参数。

C++11中新增了可变参数模板，能够创建可以接受可变参数的函数模板和类模板。

下面就是一个基本可变参数的函数模板：

// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包
// 声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)//获取参数包中参数的个数
{cout << sizeof...(args) << endl;//代表传进去的参数个数
}int main()
{ShowList();ShowList(1);ShowList(1, 'a');ShowList(12, "sdf", 23.0);return 0;
}

运行结果：

参数args前面有省略号，所以它就是一个可变模版参数，我们把带省略号的参数称为“参数包”，它里面包含了0到N（N>=0）个模版参数。我们无法直接获取参数包args中的每个参数的，只能通过展开参数包的方式来获取参数包中的每个参数，这是使用可变模版参数的一个主要特点，也是最大的难点，即如何展开可变模版参数。由于语法不支持使用args[i]这样方式获取可变参数，所以我们可以通过以下方式来获取参数包的值。

方法1：递归函数方式展开参数包

void ShowList()
{cout << endl;
}
//新增一个模板参数和函数形参，利用递归的思维解决。
template <class T,class ...Args>
void ShowList(const T& val,Args... args)
{cout << val << " ";ShowList(args...);//当参数包为0的时候，调用对应的无参函数
}
int main()
{ShowList();ShowList(1);ShowList(1, 'a');ShowList(12, "sdf", 23.0);return 0;
}

运行结果：

方法2：逗号表达式展开参数包

template <class T>
void PrintArg(T val) 
{cout << val << " ";
}
//展开函数
//这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，是直接在expand函数体中展开的
//PrintArg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。
//这种就地展开参数包的方式实现的关键是逗号表达式。我们知道逗号表达式会按顺序执行逗号前面的表达式，
//expand函数中的逗号表达式：(PrintArg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行PrintArg(args)，再得到逗号表达式的结果0
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args) 
{int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };//也可以写成：int arr[] = { PrintArg(args)... };cout << endl;
}
int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 'A');ShowList(1, 'A', string("fl"));return 0;
}

运行结果：

包装器

function包装器，也叫作适配器。

C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。

示例：

template<class F, class T> 
T useF(F f, T x) 
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}
double f(double i) 
{return i / 2;
}
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};
int main()
{// 函数名cout << useF(f, 11.11) << endl;// 函数对象cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;// lambda表达式cout << useF([](double d)->double{ return d / 4; }, 11.11) << endl;return 0;
}

运行结果：

通过上面的程序验证，我们会发现useF函数模板实例化了三份，导致模板的效率低下。

包装器可以很好的解决上面的问题。

template<class F, class T> T useF(F f, T x) 
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}
double f(double i) {return i / 2;
}
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};
int main()
{// 函数名std::function<double(double)> func1 = f;cout << useF(func1, 11.11) << endl;// 函数对象std::function<double(double)> func2 = Functor();cout << useF(func2, 11.11) << endl;// lambda表达式std::function<double(double)> func3 = [](double d)->double{ return d / 4; };cout << useF(func3, 11.11) << endl;return 0;
}

运行结果：

值得注意的是：对成员函数进行包装时，需要取地址。

bind是一个函数模板，它就像一个函数包装器（适配器），接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。一般而言，我们用它可以把一个原本接收N个参数的函数fn，通过绑定一些参数，返回一个接收M个（M可以大于N，但这么做没什么意义）参数的新函数。同时，使用bind函数还可以实现参数顺序调整等操作。

可以将bind函数看作是一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。 调用bind的一般形式：auto newCallable =bind(callable,arg_list);其中，newCallable本身是一个可调用对象，arg_list是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的callable的参数。当我们调用newCallable时，newCallable会调用callable,并传给它arg_list中的参数。

arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是“占位符”，表示newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的“位置”。数值n表示生成的可调用对象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数，以此类推。

示例：

int Plus(int a, int b)
{return a + b;
}class Sub
{
public:int sub(int a, int b){return a - b;			}
};
int main()
{//表示绑定函数plus 参数分别由调用 func1 的第一，二个参数指定std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);//auto func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);//func2的类型为 function<void(int, int, int)> 与func1类型一样//表示绑定函数plus,第一个参数为1，第二个参数为2auto func2 = std::bind(Plus, 1, 2);cout << func1(1, 2) << endl;//3cout << func2() << endl;//3//绑定成员函数Sub s;std::function<int(int, int)> func3 = std::bind(&Sub::sub, s, placeholders::_1, placeholders::_2);// 参数调换顺序std::function<int(int, int)> func4 = std::bind(&Sub::sub, s, placeholders::_2, placeholders::_1);cout << func3(1, 2) << endl;//-1cout << func4(1, 2) << endl;//1return 0; 
}

运行结果：

线程库

C++11中最重要的特性之一就是支持了线程，使得C++在并行编程时不需要依赖第三方库，而且在原子操作中还引入了原子类的概念。

要使用标准库中的线程，必须#include<thread>头文件。

详细资料：std::thread

常用函数：

函数名	功能
thread()	构造一个线程对象，没有关联任何线程函数，即没有启动任何线程
thread(fn,args1, args2,…)	构造一个线程对象，并关联线程函数fn，args1，args2，…为线程函数的线程
get_id()	获取线程id
joinable()	线程是否还在执行，joinable代表的是一个正在执行中的线程
join()	该函数调用后会阻塞住线程，当该线程结束后，主线程继续执行
detach()	在创建线程对象后马上调用，用于把被创建线程与线程对象分离开，分离的线程变为后台线程，创建的线程的"死活"就与主线程无关

注意：

1. 线程是操作系统中的一个概念，线程对象可以关联一个线程，用来控制线程以及获取线程的状态。
2. 当创建一个线程对象后，没有提供线程函数，该对象实际没有对应任何线程。
3. 当创建一个线程对象后，并且给线程关联线程函数，该线程就被启动，与主线程一起运行。线程函数一般情况下可按照三种方式提供：函数指针、lambda表达式、函数对象。
4. thread类是防拷贝的，不允许拷贝构造以及赋值，但是可以移动构造和移动赋值，即将一个线程对象关联线程的状态转移给其他线程对象，转移期间不意向线程的执行
5. 可以通过jionable()函数判断线程是否是有效的，如果是以下任意情况，则线程无效：①采用无参构造函数构造的线程对象。②线程对象的状态已经转移给其他线程对象。③程已经调用jion或者detach结束。
6. 如果是类成员函数作为线程参数时，必须将this作为线程函数参数。

线程函数参数

线程函数的参数是以值拷贝的方式拷贝到线程栈空间中的，因此，即使线程参数为引用类型，在线程中修改后也不能修改外部实参，因为其实际引用的是线程栈中的拷贝，而不是外部实参。

示例：

void ThreadFunc1(int& x) 
{x += 10;
}
void ThreadFunc2(int* x) 
{*x += 10;
}
int main()
{int a = 10;// 在线程函数中对a修改，不会影响外部实参// 因为线程函数参数虽然是引用方式，但其实际引用的是线程栈中的拷贝thread t1(ThreadFunc1, a);t1.join();cout << a << endl;//10，没有改变a的值// 如果想要通过形参改变外部实参时，必须借助std::ref()函数thread t2(ThreadFunc1, std::ref(a));t2.join();cout << a << endl;//20，改变了a的值// 地址的拷贝thread t3(ThreadFunc2, &a);t3.join();cout << a << endl;//30，改变了a的值return 0;
}

注意：如果是类成员函数作为线程参数时，必须将this作为线程函数参数。

原子性操作库

多线程最主要的问题是共享数据带来的问题，即线程安全。

如果共享数据都是只读的，那么没问题，因为只读操作不会影响到数据，更不会涉及对数据的修改，所以所有线程都会获得同样的数据。但是，当一个或多个线程要修改共享数据时，就会产生很多潜在的麻烦。

示例：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
int main()
{int sum = 0;cout << "Before joining, sum = " << sum << std::endl;thread t1([&]{for (int i = 0; i < 100000; ++i){++sum;}});thread t2([&]{for (int i = 0; i < 100000; ++i){++sum;}});t1.join();t2.join();cout << "After joining, sum = " << sum << std::endl;system("pause");return 0;
}

运行结果：

可以看出计算结果是错误的。

C++98中传统的解决方式：可以对共享修改的数据可以加锁保护。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;int main()
{int sum = 0;mutex mtx;cout << "Before joining, sum = " << sum << std::endl;thread t1([&]{for (int i = 0; i < 100000; ++i){//通过加锁来保证原子性mtx.lock();++sum;mtx.unlock();} });thread t2([&]{for (int i = 0; i < 100000; ++i){mtx.lock();++sum;mtx.unlock();} });t1.join();t2.join();cout << "After joining, sum = " << sum << std::endl;system("pause");return 0;
}

运行结果：

虽然加锁可以解决，但是加锁有一个缺陷就是：只要一个线程在对sum++时，其他线程就会被阻塞，会影响程序运行的效率，而且锁如果控制不好，还容易造成死锁。

因此C++11中引入了原子操作，即不可被中断的一个或一系列操作。C++11引入的原子操作类型，使得线程间数据的同步变得非常高效。

原子类型名称	对应内置类型名称
atomic_bool	bool
atomic_char	char
atomic_schar	signed char
atomic_uchar	unsigend char
atomic_int	int
atomic_uint	unsigned int
atomic_short	short
atomic_ushort	unsigned short
atomic_long	long
atomic_ulong	unsigned long
atomic_llong	long long
atomic_ullong	unsigned long long
atomic_char16_t	char16_t
atomic_char32_t	char32_t
atomic_wchar_t	wchar_t

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
using namespace std;
int main()
{atomic_int<int> sum = 0;cout << "Before joining, sum = " << sum << std::endl;thread t1([&]{for (int i = 0; i < 100000; ++i){++sum;} });thread t2([&]{for (int i = 0; i < 100000; ++i){++sum;} });t1.join();t2.join();cout << "After joining, sum = " << sum << std::endl;system("pause");return 0;
}

运行结果：

在C++11中，程序员不需要对原子类型变量进行加锁解锁操作，线程能够对原子类型变量互斥的访问。更为普遍的，程序员可以使用atomic类模板，定义出需要的任意原子类型。

注意：原子类型通常属于“资源型”数据，多个线程只能访问单个原子类型的拷贝，因此在C++11中，原子类型只能从其模板参数中进行构造，不允许原子类型进行拷贝构造、移动构造以及operator=等，为了防止意外，标准库已经将atmoic模板类中的拷贝构造、移动构造、赋值运算符重载默认删除掉了。

示例：

#include <atomic>
int main()
{atomic<int> a1(0);atomic<int> a2(a1);   // 编译失败atomic<int> a2(0);a2 = a1;               // 编译失败return 0;
}

mutex 的种类

std::mutex

C++11提供的最基本的互斥量，该类的对象之间不能拷贝，也不能进行移动。mutex最常用的三个函数：

函数名	函数功能
lock()	上锁：锁住互斥量
unlock()	解锁：释放对互斥量的所有权
try_lock()	尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻塞

注意，线程函数调用lock()时，可能会发生以下三种情况：

1. 如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用 unlock之前，该线程一直拥有该锁。
2. 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。
3. 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁。

线程函数调用try_lock()时，可能会发生以下三种情况：

1. 如果当前互斥量没有被其他线程占有，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用 unlock释放互斥量。
2. 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前调用线程返回 false，而并不会被阻塞掉。
3. 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁。

std::recursive_mutex

其允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权，释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock()，除此之外，std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。

std::timed_mutex

比 std::mutex 多了两个成员函数：

1. try_lock_for()：
   接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住（与std::mutex 的 try_lock() 不同，try_lock 如果被调用时没有获得锁则直接返回false），如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。

2. try_lock_until()：
   接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。

std::recursive_timed_mutex

带超时的递归互斥量，主要结合了超时和递归。

lock_gurad

std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下：

template<class _Mutex>
class lock_guard
{
public:// 在构造lock_gard时，_Mtx还没有被上锁explicit lock_guard(_Mutex& _Mtx): _MyMutex(_Mtx){_MyMutex.lock();}// 在构造lock_gard时，_Mtx已经被上锁，此处不需要再上锁lock_guard(_Mutex& _Mtx, adopt_lock_t): _MyMutex(_Mtx){}~lock_guard() _NOEXCEPT{_MyMutex.unlock();}lock_guard(const lock_guard&) = delete;lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;
private:_Mutex& _MyMutex;
};

通过上述代码可以看到，lock_guard类模板主要是通过RAII的方式，对其管理的互斥量进行了封装，在需要加锁的地方，只需要用上述介绍的任意互斥体实例化一个lock_guard，调用构造函数成功上锁，出作用域前，lock_guard对象要被销毁，调用析构函数自动解锁，可以有效避免死锁问题。

lock_guard的缺陷：太单一，用户没有办法对该锁进行控制，因此C++11又提供了
unique_lock。

unique_lock

与lock_gard类似，unique_lock类模板也是采用RAII的方式对锁进行了封装，并且也是以独占所有权的方式管理mutex对象的上锁和解锁操作，即其对象之间不能发生拷贝。

在构造（或移动赋值）时，unique_lock 对象需要传递一个 Mutex 对象作为它的参数，新创建的unique_lock 对象负责传入的 Mutex 对象的上锁和解锁操作。使用以上类型互斥量实例化unique_lock的对象时，自动调用构造函数上锁，unique_lock对象销毁时自动调用析构函数解锁，可以很方便的防止死锁问题。

与lock_guard不同的是，unique_lock更加的灵活，提供了更多的成员函数：

• 上锁/解锁操作：lock、try_lock、try_lock_for、try_lock_until和unlock。
• 修改操作：移动赋值、交换（swap：与另一个unique_lock对象互换所管理的互斥量所有权）、释放（release：返回它所管理的互斥量对象的指针，并释放所有权）。
• 获取属性：owns_lock（返回当前对象是否上了锁）、operator bool()（与owns_lock()的功能相同）、mutex（返回当前unique_lock所管理的互斥量的指针）。

实例：互斥锁加条件变量实现交替打印数据

代码：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>
using namespace std;// 用互斥锁和条件变量实现交替打印数据
int main()
{int n = 100;int i = 0;condition_variable cv;mutex mtx;bool flag = false;// 打印奇数thread t1([&]{while (i < n){//加锁unique_lock<mutex> lock(mtx);//flag是false时会一直处于阻塞状态，直到flag变为truecv.wait(lock, [&]{return !flag; });cout << std::this_thread::get_id() << "->" << i << endl;++i;//防止该线程在自己的时间片内多次成功竞争锁，多次打印flag = true;//唤醒其他线程(一个)cv.notify_one();} });// 打印偶数thread t2([&]{while (i < n){unique_lock<mutex> lock(mtx);cv.wait(lock, [&]{return flag; });cout << std::this_thread::get_id() << "->" << i << endl;++i;flag = false;cv.notify_one();} });t1.join();t2.join();system("pause");return 0;
}

运行结果：

总结

C++11是C++语言的一个重要标准，引入了许多新特性和改进。以下是C++11中的一些主要新特性：

1. 自动类型推导（Type Inference）：引入了 auto 关键字，可以根据初始化表达式自动推导变量的类型。
2. 统一的初始化语法（Uniform Initialization）：可以使用花括号 {} 初始化对象，无论是基本类型、数组、类对象还是容器。
3. 右值引用（Rvalue References）：引入了 && 符号，允许绑定到临时对象（右值），支持移动语义和完美转发。
4. 移动语义（Move Semantics）：通过右值引用和移动构造函数，实现了资源的高效转移，避免不必要的拷贝操作。
5. lambda 表达式：可以在代码中定义匿名函数，简化函数对象的创建和使用。
6. 范围-based for 循环：用于遍历容器中的元素，提供了一种更简洁、安全的遍历方式。
7. nullptr：引入了 nullptr 关键字，代表空指针，替代了传统的 NULL 宏。
8. 强类型枚举（Strongly Typed Enums）：枚举类型具有更强的类型检查和作用域，可以指定底层数据类型。
9. 类型别名（Type Aliases）：可以使用 using 关键字定义类型别名，提高代码可读性和可维护性。
10. 线程支持库（Thread Support Library）：引入了多线程编程的支持，包括线程、互斥锁、条件变量等。
11. 标准库的增强：包括智能指针、正则表达式库、新的容器类型（如 unordered_map、array）、 std::function 等。
12. 右值引用和模板完美转发：通过 std::forward 实现模板函数参数的完美转发，避免了额外的拷贝构造函数调用。

这只是C++11中一些主要的新特性，还有其他一些小的语法改进和标准库的增强。C++11的引入为C++语言增加了更多的表达能力和灵活性，使得代码编写更加简洁、高效和安全。