（C++进阶）C++20

目录

一、概述

二、新特性

1. 模块（Modules）功能

2. 概念（Concepts）功能

3. 范围（Ranges）功能

4. 协程（Coroutines）功能

5. 三路比较运算符（Spaceship Operator）功能

6. std::format功能

7. 位操作增强

8. 空指针比较

一、概述

C++20作为C++语言的一个重要更新，引入了许多提升编程效率和代码质量的新特性。

二、新特性

1. 模块（Modules）功能

模块旨在替换传统的头文件 #include模型，以减少编译时间和改善依赖管理。

代码示例:

// my_module.module
export module my_module;
export void greet()
{std::cout << "Hello from the module!" << std::endl;
}// main.cpp
import my_module;
int main() 
{greet();return 0;
}

2. 概念（Concepts）功能

概念允许在编译时精确指定模板参数需满足的条件，增强编译时错误信息和泛型编程的清晰度。

代码示例:

#include <concepts>
template <typename T>
concept Integral = std::is_integral_v<T>;template<Integral T>
T abs(T x) 
{return x >= 0 ? x : -x;
}int main() 
{static_assert(abs(42) == 42);static_assert(abs(-42) == 42);// static_assert(abs(42.0) == 42.0); // 错误，double不满足Integral概念return 0;
}

3. 范围（Ranges）功能

范围库扩展了标准库中的算法，支持更简洁、更灵活的序列操作。

代码示例:

#include <range/v3/all.hpp>
#include <iostream>
int main() 
{std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5, 6};auto even = vec | ranges::view::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });for (int val : even) {std::cout << val << " ";}return 0;
}

4. 协程（Coroutines）功能

正式支持协程，使得编写异步代码更为直观。

代码示例（简化的生成器示例）:

#include <coroutine>
#include <iostream>struct Generator 
{struct promise_type;using handle_t = std::coroutine_handle<promise_type>;Generator(handle_t h) : coro(h) {}~Generator() { if (coro) coro.destroy(); }int next() {coro.resume();return coro.promise().current_value;}private:handle_t coro;
};struct Generator::promise_type 
{int current_value{0};Generator get_return_object() { return Generator{handle_t::from_promise(*this)}; }std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }void return_value(int value) { current_value = value; }void unhandled_exception() { std::terminate(); }
};Generator count_up_to(int limit) 
{for (int i = 1; i <= limit; ++i) {co_yield i;}
}int main() 
{for (int val : count_up_to(5)) {std::cout << val << " ";}return 0;
}

5. 三路比较运算符（Spaceship Operator）功能

引入了<=>运算符，用于实现综合比较（小于、等于、大于）。

代码示例:

#include <compare>
struct Point 
{int x, y;auto operator<=>(const Point&) const = default;
};int main() 
{Point p1{1, 2}, p2{1, 2};if (p1 == p2) std::cout << "Equal" << std::endl;return 0;
}

6. std::format功能

std::format 是 C++20 引入的标准库函数，它为字符串格式化提供了统一且强大的接口，类似于 Python 中的 str.format 或 C 的 printf 函数，但更加安全和灵活。

代码示例:

#include <format>
#include <iostream>int main() 
{auto str = std::format("The answer is {}.", 42);std::cout << str << std::endl; // 输出: The answer is 42.return 0;
}

7. 位操作增强

C++20 对位操作进行了增强，引入了几个新函数来提高位操作的便利性和表达能力：①std::bit_cast<>：

允许在 trivially_copyable 类型之间直接转换比特模式。

②std::has_single_bit()：

检查给定的整数是否是 2 的幂。

③std::countl_zero() 和 std::countr_zero()：分别从左和从右开始计算连续的零位数量。④std::popcount()：

计算一个整数中设置为 1 的位数。

代码示例（使用 std::has_single_bit 和 std::countl_zero）:

#include <bit>
#include <iostream>int main() 
{unsigned int num = 0b100000;std::cout << "Is power of 2? " << std::boolalpha << std::has_single_bit(num) << std::endl;std::cout << "Leading zeros: " << std::countl_zero(num) << std::endl;return 0;
}

8. 空指针比较

C++20 引入了新的空指针常量 nullptr 与整数类型的比较操作，明确禁止了这种比较，以防止潜在的逻辑错误。 以前，比较 nullptr 和整数在某些实现下是允许的，但现在这样的比较会引发编译错误，确保了代码的清晰和安全。

代码示例（演示非法比较）:

void checkPointer(int* ptr) 
{// if (ptr == 0) // {    // 在C++20中，这种比较会被认为是错误的// std::cout << "ptr is null" << std::endl;// }if (!ptr) { // 推荐的检查空指针方式std::cout << "ptr is null" << std::endl;}
}int main() 
{checkPointer(nullptr);return 0;
}