现代 c++ 一：c++11 ~ c++23 新特性汇总

所谓现代 c++，指的是从 c++11 开始的 c++，从 c++11 开始，加入一些比较现代的语言特性和改进了的库实现，使得用 c++ 开发少了很多心智负担，程序也更加健壮，“看起来像一门新语言”。

从 c++11 开始，每 3 年发布一个新版本，到今年（2024）已经有 5 个版本了，分别是 c++11、c++14、c++17、c++20、c++23，这 5 个版本引入了上百个新的语言特性和新的标准库特性。

---

c++11 新特性

c++11 是一个 major 版本，现代 c++ 开天辟地的版本，有特别多新东西。

新的语言特性[1]：

• 内存模型——一个高效的为现代硬件设计的底层抽象，作为描述并发的基础
• auto 和 decltype——避免类型名称的不必要重复
• 范围 for——对范围的简单顺序遍历
• 移动语义和右值引用——减少数据拷贝
• 统一初始化—— 对所有类型都（几乎）完全一致的初始化语法和语义
• nullptr——给空指针一个名字
• constexpr 函数——在编译期进行求值的函数
• 用户定义字面量——为用户自定义类型提供字面量支持
• 原始字符串字面量——不需要转义字符的字面量，主要用在正则表达式中
• 属性——将任意信息同一个名字关联
• lambda 表达式——匿名函数对象
• 变参模板——可以处理任意个任意类型的参数的模板
• 模板别名——能够重命名模板并为新名称绑定一些模板参数
• noexcept——确保函数不会抛出异常的方法
• override 和 final——用于管理大型类层次结构的明确语法
• static_assert——编译期断言
• long long——更长的整数类型
• 默认成员初始化器——给数据成员一个默认值，这个默认值可以被构造函数中的初始化所取代
• enum class——枚举值带有作用域的强类型枚举

新的标准库特性[1]：

• unique_ptr 和 shared_ptr——依赖 RAII 的资源管理指针
• 内存模型和 atomic 变量
• thread、mutex、condition_variable 等——为基本的系统层级的并发提供了类型安全、可移植的支持
• future、promise 和 packaged_task，等——稍稍更高级的并发
• tuple——匿名的简单复合类型
• 类型特征（type trait）——类型的可测试属性，用于元编程
• 正则表达式匹配
• 随机数——带有许多生成器（引擎）和多种分布
• 时间——time_point 和 duration
• unordered_map 等——哈希表
• forward_list——单向链表
• array——具有固定常量大小的数组，并且会记住自己的大小
• emplace 运算——在容器内直接构建对象，避免拷贝
• exception_ptr——允许在线程之间传递异常

---

c++14 新特性

c++14 是一个 minor 版本，没什么重要的新特性，主要是在给 c++11 打补丁，为使用者 “带来极大方便”，实现 “对新手更为友好” 这一目标。

新的语言特性[2]：

• 泛型的lambda
• Lambda捕获部分中使用表达式
• 函数返回类型推导
• 另一种类型推断:decltype(auto)
• 放松的constexpr函数限制
• 变量模板
• 聚合类成员初始化
• 二进制字面量： 0b或0B 前缀
• 数字分位符
• deprecated 属性

新的标准库特性[2]：

• 共享的互斥体和锁: std::shared_timed_mutex
• 元函数的别名
• 关联容器中的异构查找
• 标准自定义字面量
• 通过类型寻址多元组
• 较小的标准库特性: std::make_unique, std::is_final 等

---

c++17 新特性

c++17 是一个 major 版本。

新的语言特性[3]：

• 构造函数模板参数推导——简化对象定义
• 推导指引——解决构造函数模板参数推导歧义的显式标注
• 结构化绑定——简化标注，并消除一种未初始化变量的来源
• inline 变量——简化了那些仅有头文件的库实现中的静态分配变量的使用
• 折叠表达式——简化变参模板的一些用法
• 条件中的显式测试——有点像 for 语句中的条件
• 保证的复制消除——去除了很多不必要的拷贝操作
• 更严格的表达式求值顺序——防止了一些细微的求值顺序错误
• auto 当作模板参数类型——值模板参数的类型推导
• 捕捉常见错误的标准属性——[[maybe_unused]]、[[nodiscard]] 和 [[fallthrough]]
• 十六进制浮点字面量
• 常量表达式 if——简化编译期求值的代码

新的标准库特性[3]：

• optional、any 和 variant——用于表达“可选”的标准库类型
• shared_mutex 和 shared_lock（读写锁）和 scoped_lock
• 并行 STL——标准库算法的多线程及矢量化版本
• 文件系统——可移植地操作文件系统路径和目录的能力
• string_view——对不可变字符序列的非所有权引用
• 数学特殊函数——包括拉盖尔和勒让德多项式、贝塔函数、黎曼泽塔函数

---

c++20 新特性

c++20 是一个 major 版本，有很重要的更新，“The Big Four”，即四个重要的特性，分别是：概念、范围、协程和模块。

新的语言特性[4]：

• coroutines
• concepts
• designated initializers
• template syntax for lambdas
• range-based for loop with initializer
• [[likely]] and [[unlikely]] attributes
• deprecate implicit capture of this
• class types in non-type template parameters
• constexpr virtual functions
• explicit(bool)
• immediate functions
• using enum
• lambda capture of parameter pack
• char8_t
• constinit

新的标准库特性[4]：

• concepts library
• synchronized buffered outputstream
• std::span
• bit operations
• math constants
• std::is_constant_evaluated
• std::make_shared supports arrays
• starts_with and ends_with on strings
• check if associative container has element
• std::bit_cast
• std::midpoint
• std::to_array

---

c++23 新特性

c++23 是一个 minor 版本。

新的语言特性[5]：

• 新语言功能特性测试宏
• 显式对象形参，显式对象成员函数（推导 this）
• if consteval / if not consteval
• 多维下标运算符（例如 v[1, 3, 7] = 42;）
• static operator()
• static operator[]
• auto(x)：语言中的衰退复制
• lambda 表达式上的属性
• 可选的扩展浮点类型：std::float{16|32|64|128}_t 和 std::bfloat16_t。
• （有符号）std::size_t 字面量的字面量后缀 ‘Z’/‘z’
• 后缀
• #elifdef、#elifndef 与 #warning
• 通过新属性 [[assume(表达式)]] 进行假设
• 具名通用字符转义
• 可移植源文件编码为 UTF-8
• 行拼合之前修剪空白

新的标准库特性[5]：

• 新的库功能特性测试宏
• 新的范围折叠算法
• 字符串格式化改进
• “平铺（flat）”容器适配器：std::flat_map、std::flat_multimap、std::flat_set、std::flat_multiset
• std::mdspan
• std::generator
• std::basic_string::contains, std::basic_string_view::contains
• 禁止从 nullptr 构造 std::string_view
• std::basic_string::resize_and_overwrite
• std::optional 的单子式操作：or_else、and_then、transform
• 栈踪迹（stacktrace）库
• 新的范围算法
• 新的范围适配器（视图）
• 对范围库的修改
• 对视图的修改
• 标记不可达代码：std::unreachable
• 新的词汇类型 std::expected
• std::move_only_function
• 新的带有程序提供的固定大小缓冲区的 I/O 流 std::spanstream
• std::byteswap
• std::to_underlying
• 关联容器的异质擦除

---

参考

[1] Bjarne Stroustrup. c++11：感觉像是门新语言. Cpp-Club. Available at : https://github.com/Cpp-Club/Cxx_HOPL4_zh/blob/main/04.md, 2023-6-11.

[2] Wikipedia. c++14. Available at: https://zh.wikipedia.org/wiki/c++14.

[3] 玩转Linux内核. 快速入门c++17：了解最新的语言特性和功能. Available at: https://zhuanlan.zhihu.com/p/664746128, 2023-11-06.

[4] AnthonyCalandra. modern-cpp-features:CPP20. Available at: https://github.com/AnthonyCalandra/modern-cpp-features/blob/master/CPP20.md, 2023-3-19.

[5] cppreference. c++23. Available at: https://zh.cppreference.com/w/cpp/23, 2024-3-3.