C++11

C++11

统一的列表初始化

在介绍这里的列表初始化之前，首先我认为这是一个比较鸡肋的功能特性，而且使用起来会和之前C++98时有些区别。

 // 首先可以定义普通的内置类型的变量int x1 = 1;int x2 = { 1 };int x3{ 1 }; // 这样看起来着实有些怪int arry1[] = { 1,2,3,4,5 };int arry2[]{ 1,2,3,4,5 }; // 数组还可以这样定义

如果是自定义类型，定义可以如下：

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{Point p1 = { 1,2 };Point p2{ 2,2 };   
}

上面的定义更多看起来兼容了C语言，如果有一个类，成员为私有成员，并且有自己的构造函数，那么这个时候使用花括号其实就是在调用这个类的构造函数：

class Date
{
private:int _hour;int _minute;int _second;
public:Date(int x = 0, int y = 0, int z = 0):_hour(x),_minute(y),_second(z){}void Print(){cout << _hour << " " << _minute << " " << _second;}
};
int main()
{Date d1{ 10,20,30 };d1.Print();return 0;
}

在定义vector的时候可以如下定义：

vector<int> v1 = { 1,2,3,4 };
vector<int> v2{ 1,2,3,4,5,6,7 };

但是我们之前在学习vector的时候并没有看到过类似第二行的初始化方式，所以这里C++11是如何实现这种方式的？

C++11为容器提供了一个初始化的方式：initializer_list，它作为构造函数的参数，C++11为STL中的不少容器添加了initializer_list作为参数的构造函数，初始化对象就方便了很多。

initializer_list的成员函数中，begin返回指向第一个位置的指针，end返回指向最后一个位置的下一个位置的指针(nullptr)。具体来说就是initializer_list封装了一个常量数组，然后支持迭代器返回数组的begin和end以方便对其进行遍历。

decltype

之前我们使用typeid可以拿到元素的类型的字符串，但是这似乎是一个很鸡肋的功能，因为它除了能打印什么都做不了。

	auto il = { 1,2,3,4,5 };cout << typeid(il).name() << endl;

但是decltype的作用就不一样了，可以参考下面这个例子：

// decltype的一些使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{decltype(t1 * t2) ret = t1 * t2;cout << typeid(ret).name() << endl;
}
void Func()
{F(1.2, 2);
}

最后打印的结果是double

其次这里提一下，nullptr和范围for都是C++11新增的内容，nullptr解决了之前NULL被定义成字面量0的问题，范围for想必大家都很熟悉了，这里就不多赘述了。

STL中的一些变化

C++11在STL中添加了一些新容器并且对已有容器增加了一些新的接口函数。

除掉我们熟知的unordered_map和unordered_set，有两个容器这里需要介绍一下：array和forward_list

array是一个固定大小的容器，和vector相比，vector是动态的数组。array对比的主要是静态数组，那么与静态数组相比，优势在哪儿呢？

之前我们知道系统对普通数组的越界检查是一种抽查，只能检查到临界位置的一些元素是否有越界问题，array这里就对这个问题做出了很好的解决；但是它任然是一个很鸡肋的容器，并不会对容器中的元素进行初始化。

forward_list容器是一个单链表，容器并没有提供尾插和尾删，因为找尾的时间复杂度是很高的，对比list，唯一的优点就是每一个节点节省一个指针，但是用起来真的差list好远

在vector容器中，增加了cbegin和cend以及shrink_to_fit三个接口，cbegin和cend返回const迭代器，二shrink_to_fit是一个缩容接口，一般情况都是异地缩容，一般不要使用这个接口，因为这个接口的使用会导致拷贝。在容器中还提供了许多右值引用相关的接口，之后再谈。

在我之前的博客中继承和多态部分提到的final和override也是C++11新增的部分，如果一个虚函数不想被重写，可以加final修饰，也可以修饰一个类，这个类叫最终类，override是一个检查子类虚函数是否完成重写

右值引用

在引入右值引用之前，先来谈一下什么是左值什么是右值

左值是一个数据表达式，说人话就是可以获取它的地址，也可以对其进行赋值，左值是可以出现在复制符号的右边的，但是右值不可以出现在赋值符号的左边

左值引用就是给左值起别名,左值引用也可以引用右值，但是必须是const左值引用。

右值也是一个数据表达式，如字面常量，表达式返回值，函数返回值（传值返回）等；右值不能取地址

右值引用不可以引用左值，但是如果**std::move(左值)**就可以被右值引用所引用

int main()
{double x = 1.1, y = 2.2;// 常见的右值10;x + y;fmin(x, y);// 对右值的右值引用int&& rr1 = 10;double&& rr2 = x + y;double&& rr3 = fmin(x, y);
}

所以右值引用究竟有什么用呢？和const左值引用有什么区别？

引用出现的目的就是为了减少拷贝，主要使用在函数传参，我们之前的学习中使用引用传参是非常舒服的。但是如果我们想要传递一个参数作为返回值，就有些麻烦了，在栈上创建的内存出栈后会被销毁，如果在堆上开辟空间又需要对空间进行回收，在C++11之前解决问题的方法就是输出型参数，在传递进去的参数就是要改变的变量的引用或地址，但是用起来总感觉怪怪的，所以今天的右值引用就很好的解决了这个问题。

template<class T>
T&& func(const T& x)
{T ret;// ...return ret;
}

如果类似上面的这种写法，是会报错的，ret出了函数任然会被销毁，来看下面这个例子：

string to_string(int value)
{bool flag = true;if (value < 0){flag = false;value = 0 - value;}string str;while (value > 0){int x = value % 10;value /= 10;str += ('0' + x);}if (flag == false)str += '-';std::reverse(str.begin(), str.end());return str;
}
int main()
{string str = to_string(1234);return 0;
}

这是一个传值返回的函数，这里会造成两次拷贝构造，编译器经过优化后只有一次拷贝构造.

在传递参数返回值的时候，如果返回值不是很大，会将返回值经过一次拷贝后返回寄存器中；如果返回值比较大，在main函数的函数栈帧边缘上开辟一段空间进行存放。

编译器在类似上面的这种写法，可以直接进行优化，只进行一次构造，不会生成中间变量。

但是如果这么写呢？

int main()
{string str;str = to_string(1234);return 0;
}

这样写VS编译器就不会再做出优化了，产生临时变量，进行两次拷贝构造。

C++11对右值又分为纯右值和将亡值，将亡值顾名思义就是即将要被销毁的值，上面函数中我们所在函数栈帧中创建的变量str，就算有编译器优化，也需要最少一次拷贝构造，那么右值引用的意义就是为了减少拷贝构造所带来的消耗。

在拷贝构造部分提供一个右值引用的版本：

// 移动构造
string(string&& s):_str(nullptr)
{cout << "string(const string& s) -- 移动拷贝" << endl;swap(s);
}
// 拷贝构造
string(const string& s):_str(nullptr),_capacity(0),_size(0)
{cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl; string tmp(s._str);swap(tmp);
}

通过代码区分一下移动拷贝和拷贝构造，移动构造将this指向的对象和s进行交换，可以理解为，函数栈帧中创建的且要返回的值是一个将亡值，所以它匹配移动构造函数，进行资源转移。

那么在有了移动构造之后，编译器在没有进行优化时就会进行一次拷贝构造和一次移动构造；在优化之后，会直接移动构造，并且将返回值直接识别为将亡值，这一切都是编译器做的。

赋值运算符重载也是一样的，除了实现拷贝复制，还可以实现移动赋值：

// 拷贝赋值
string& operator=(const string& s1)
{cout << "string& operator = (string s) -- 拷贝赋值" << endl;if (this == &s1){return *this;}delete[] _str;_str = new char[s1._capacity + 1];strcpy(_str, s1._str);_capacity = s1._capacity;_size = _capacity;return *this;
}
// 移动赋值
string& operator=(string&& s)
{cout << "string& operator = (string s) -- 移动赋值" << endl;swap(s);return *this;
}

所以移动构造的使用几乎是我们察觉不到的，在设计类的时候设计对应的函数即可，编译器会帮我们做好这一切相关的工作的。右值引用和左值引用减少拷贝的原理还不太一样，左值引用是取别名直接起作用，右值引用是间接起作用，实现移动构造和移动赋值，在拷贝的场景中，如果是右值(将亡值)，转移资源。

另外就是右值的插入，如果要插入一个匿名对象，在没有移动拷贝的时候，进行的就是深拷贝，有移动拷贝的情况下就节省了空间。

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的位置，且可以取到该位置地址；比如不能取字面常量10的地址，但是字面常量被rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1，可以理解为rr1指向的不是10本身，修改rr1并不会影响10这个字面常量，用const修饰rr1就可以防止其被修改

右值引用本身是左值。我们之前模拟实现过的list如果也想支持C++11，就要注意一个问题，当参数作为右值引用传入进来进行资源转移后，再将参数继续传下去（在函数中继续使用该参数调用下一个函数），就无法再保持参数的右值属性了

看下面这个例子：

// 万能引用
template<typename T>
void func1(T&& t)
{cout << "func1(T&& t)" << endl;
}
void func2(int& x)
{cout << "func2(int&)" << endl;
}
void func3(int&& x)
{cout << "func3(int&&)" << endl;
}
int main()
{int x = 10;func2(x);// func3(x);(会编译报错，右值引用无法引用一个左值)func3(10);func1(x);func1(10);return 0;
}

通过上面的代码我们可以发现，在普通函数的调用中，右值引用是不可以传递一个左值进去的；但是在模板函数中，是可以这么做的，这里能实现是发生了引用折叠（&&->&），更离谱的是，这里还可以传递const左值和const右值！但是带const的传值是不可以对参数进行修改的。

右值引用在一些情况下会有一些问题：

void func(int& x)
{	cout << "func(int&)" << endl;	}
void func(const int& x)
{	cout << "func(const int&)" << endl;	}void func(int&& x)
{	cout << "func(int&&)" << endl;	}
void func(const int&& x)
{	cout << "funcconst int&&)" << endl;	}template<typename T>
void func1(T&& t)
{func(t);
}
int main()
{func1(10);int a = 0;func1(a);func1(move(a));const int b = 9;func1(b);func1(move(b));return 0;
}

最后运行的结果如下：

可以理解，所有的参数无论是左值还是右值，在传入func1函数后，t实际上有左值属性，所以在掉func函数的时候，就相当于左值调用，所以才有上面的打印。

这里就需要认识一个新的名词：完美转发

template<typename T>
void func1(T&& t)
{// 完美转发 保持属性func(std::forward<T>(t));
}

在更改过代码后，再运行试试：

类的变化

移动构造和移动赋值

在上面我们提到了基于右值的移动构造和移动赋值，C++11中提供了默认生成的移动构造和移动赋值，但是有一些需要注意的点：

如果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，那么编译器就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，需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。

默认移动赋值和上面的移动构造完全类似

如果提供了移动构造和移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值

类成员变量初始化

C++11允许类在定义时给成员变量初始缺省值，默认构造函数会使用这些缺省值初始化

default和delete关键字

默认生成的函数是有条件的，有些情况下，函数可能会因为某些原因没有默认生成，比如提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成。

class Person
{public:Person(const char* name = "", int age = 0):_name(name),_age(age){}Person(const Person& x):_name(x._name())_age(x._age){}Person(Person&& p) = default;private:mystring::string _name;int _age;
};

delete关键字和default关键字正好相反，delete可以禁止生成默认函数，用法也是相似的。

lambda表达式

首先来说一下lambda表达式的应用场景，C++为了减少使用函数指针的使用（函数指针确实是一个很烦人的东西），就有了仿函数，之后C++11认为仿函数也不是那么好用，于是就有了lambda表达式，lambda本质就是一个可调用的对象，之后我也会多次提到。

lambda书写表达式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

这个书写表达式一看一脸懵，第一部分[capture-list]是必须要写的；第二部分是参数 (parameters) 没有参数可以不写；第三部分 mutable 一般不需要；第四部分是返回值 -> return-type ，一般都不写，会自动推导；最后一个部分是函数体，必须要写 { statement }

// 进行int对象比较的lambdaauto compare = [](int x, int y)->bool {return x > y; };
// 也可以写成下面这样：auto compare = [](int x, int y){return x > y};

lambda本质是一个可调用的对象，返回值auto是因为返回值是编译器生成的，我们不知道返回值究竟是什么。

前面我只介绍了lambda表达式的语法组成，但是各个部分究竟怎么用：

	auto compare = [](int x, int y)->bool {return x > y; };

compare可以看作是一个对象，这里可以给compare传递两个变量来进行大小的判断，那么已有变量可不可以不进行传递直接使用呢？

那就提到第一个部分：[capture-list]：捕捉列表，编译器根据 [] 这个符号来判断接下来的代码是否为lambda函数，同时捕捉列表可以捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。如何使用？

int a = 0;
int b = 1;
auto add2 = [b](int x) {return x + b;};
cout << add2(a);

上面的代码中，在捕捉列表中捕捉变量b，参数传递就可以只传一个。但是这里不能传递add2函数之后所创建变量。

第二条中[=]的父作用域是函数体外的变量，由于编译器由上到下扫描，所以这里父作用域中的变量是不包括lambda函数之后所创建的变量的。

如果这里想要写一个lambda函数来交换两个变量，怎么做？

int a = 0;
int b = 1;
auto swap = [a, b]()
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
};

这里是无法编译通过的，捕捉列表中的的变量本质上是拷贝过来的，并且增加了const属性，这也就是第三部分mutable的作用

编译并未报错，但是没有真的交换变量，所以验证了捕捉列表中的变量是拷贝。

将捕捉列表中的值改为引用就可以对变量进行交换了。

之前提到了lambda表达式本质上是实现了一个对象，这里我们对lambda表达式进行底层的分析：

在底层中，编译器会自动帮我们生成一个类；call部分就是定义构造函数，可以发现构造了一个什么类是编译器自己决定的，这也就是为什么返回值中我们要使用auto。

可变参数模板

在C++11中引入了一个新的特性：可变参数模板

在C语言中就有可变参数：printf函数第一个参数为format，第二个参数就是可变参数，也就是说不确定有几个参数。

template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}

Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包；在STL的很多容器中也支持插入参数包：

看一下可变参数模板的使用：

void ShowList()
{cout << endl;
}
// args参数包可以接收0-N个参数
template <class T, class ...Args>
void ShowList(T val, Args... args)
{cout << val << " ";ShowList(args...);
}int main()
{ShowList(1);ShowList(1, 1.1);ShowList(1, 1.1, string("xxxxxx"));return 0;
}

上面的代码中，ShowList函数中还有一个参数val，他的类型是T，也就将参数包中的参数一个一个传递给val，然后再执行函数，最后提供一个没有参数的ShowList函数。

上面是C++容器和线程库中的一些函数对可变参数模板的使用，可变参数模板的底层晦涩难懂，但是用起来还是很好的。

这里举一个list的例子：

list<int> list1;
list1.push_back(1);
list1.emplace_back(2);
list1.emplace_back();
for (auto e : list1)
{cout << e << " ";
}
cout << endl;

上面的代码中，list调用emplace_back和调用普通的push_back没有区别，当调用emplace_back的时候，如果没有传递参数，默认构造一个值为0的对象。

list<pair<int, char>> mylist;
mylist.push_back(make_pair(1, 'a'));
mylist.emplace_back(2, 'b');

如果list中的元素是pair类型的，就可以不写make_pair而直接使用参数包讲参数写入；在第二行中调用make_pair构造一个对象后再通过拷贝构造或移动构造将值插入到list中，而调用emplace_back则是直接通过递归调用直接构造。

可以发现emplace_back对左值没有任何优化空间，在实现了移动构造后。emplace_back减少的只是一次浅拷贝，所以emplace_back并没有想象中那么高效；但没有实现移动构造，差距就很大了。

包装器

如果我们想要实现一个让两个int类型的值相加的函数，那么实现的方法有很多种：

int f(int a, int b)
{return a + b;
}
struct Functor
{
public:int operator()(int a, int b){return a + b;}
};
class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};

上面实现了一个普通函数，一个仿函数，和一个类，类中提供了int类型变量的相加（但函数是静态的）和一个double类型变量的相加；不同的函数调用起来有不同的方法，那么包装器的作用就是将这些不同类型的函数进行包装，使其调用统一。

使用包装器需要添加头文件functional：

#include <iostream>
#include <functional>using namespace std;int f(int a, int b)
{return a + b;
}
struct Functor
{
public:int operator()(int a, int b){return a + b;}
};
class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{function<int(int, int)> func1(f);cout << func1(1, 2);function<int(int, int)> func2 = Functor();cout << " " << func2(1, 2);function<int(int, int)> func3 = [](const int a, const int b) { return a + b; };// 静态成员函数的包装function<int(int, int)> func4 = Plus::plusi; // 类成员函数function<int(Plus, int, int)> f6 = &Plus::plusd;cout << f6(Plus(), 1, 2) << endl;Plus plus;function<int(int, int)> f7 = [&plus](int x, int y)->int {	return plus.plusd(x, y);  };return 0; 
}

包装器的本质是一个类模板：

Ret是被调用函数的返回类型，Args…是被调用函数的形参；知道这些，相信大家对上面func1和func2都可以很好地理解，func3说明包装器还可以包装lambda表达式

func4和func5是对类内成员的包装，可以发现包装这些函数的时候和包装普通函数不太一样，在赋值的时候，需要指定类域，如果这个函数是静态函数，类域前可以加取地址符也可以不加，但是如果不是静态函数，必须加取地址符，另外就是在参数部分要在第一个参数之前添加类域这个参数。在调用这些被包装的类内的函数的时候，需要在调用的时候传递类对象，因为调用类内的函数需要this指针

func7则是使用lambad的捕获列表对类对象进行捕获，这就说明，其实包装器本身更在意的是函数参数和返回值是否正确。

bind

在包装器部分还有一个知识点是绑定，绑定可以交换传入的两个函数的参数，其次绑定也可以固定绑定参数。

int Plus(int x, int y)
{return x - y;
}class Sub
{
public:int sub(int a, int b){return a + b;}
};
int main()
{function<int(int, int)> func1 = bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);cout << func1(1, 2) << endl;// 可以调整参数位置function<int(int, int)> func2 = bind(Plus, placeholders::_2, placeholders::_1);cout << func2(1, 2) << endl;function<bool(int, int)> func3 = bind(less<int>(), placeholders::_1, placeholders::_2);// 固定绑定参数function<int(Sub, int, int)> func4 = &Sub::sub;cout << func4(Sub(), 2, 4) << endl;function<int(int, int)> func5 = bind(&Sub::sub, Sub(), placeholders::_1, placeholders::_2);cout << func5(10, 20) << endl;return 0;
}

可以将绑定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

在参数部分，placeholders_1就是第一个参数，placeholders_2就是第二个参数并以此类推。

固定绑定参数就例如上面代码中，如果包装一个类中的对象，就需要在调用的时候加一个对象，通过对象去调用，在bind绑定参数后可以直接进行调用。