C++ 20 语言特性

关注

发布于: 刚刚

Coroutines（协程）

协程是一种特殊的函数，它的执行可以被暂停或恢复。要定义协程，关键字co_return ，co_await，或co_yield 必须出现在函数体中。c++ 20 的协程是无栈的;除非编译器进行了优化，否则它们的状态是在堆上分配的。

协程的一个例子是 generator 函数，它在每次调用时生成一个值:

generator<int> range(int start, int end) {  while (start < end) {    co_yield start;    start++;  }
  // Implicit co_return at the end of this function:  // co_return;}
for (int n : range(0, 10)) {  std::cout << n << std::endl;}

复制代码

上面的range生成器函数生成的值从start开始直到end(互斥)，每个迭代步骤生成存储在start中的当前值。生成器在每次调用range时都保持它的状态(在本例中，调用是针对 for 循环中的每次迭代)。co_yield接受给定的表达式，生成(即返回)它的值，并在那一点暂停协程。在恢复时，在co_yield之后继续执行。

协程的另一个例子是 task，它是一个在等待任务时执行的异步计算:

task<void> echo(socket s) {  for (;;) {    auto data = co_await s.async_read();    co_await async_write(s, data);  }
  // Implicit co_return at the end of this function:  // co_return;}

复制代码

在本例中，引入了co_await关键字。这个关键字接受一个表达式，如果您正在等待的东西(在本例中是读或写)没有准备好，则挂起执行，否则继续执行。(注意，在内部，co_yield使用co_await。)

使用任务惰性地评估一个值:

task<int> calculate_meaning_of_life() {  co_return 42;}
auto meaning_of_life = calculate_meaning_of_life();// ...co_await meaning_of_life; // == 42

复制代码

注意:虽然这些示例说明了如何在基本级别上使用协程，但在编译代码时还有更多内容。这些例子并不意味着完全覆盖 c++ 20 的协程。由于标准库还没有提供generator和task类，所以我使用 cppcoro 库来编译这些示例。

Concepts（概念）

概念被命名为约束类型的编译时谓词。它们的形式如下:

template < template-parameter-list >concept concept-name = constraint-expression;

复制代码

其中constraint-expression计算为 constexpr 布尔值。约束应该对语义需求进行建模，例如类型是数字类型还是可哈希类型。如果给定的类型不满足它所绑定的概念(例如:“约束表达式”返回“false”)。因为约束是在编译时计算的，所以它们可以提供更有意义的错误消息和运行时安全性。

// `T` is not limited by any constraints.template <typename T>concept always_satisfied = true;// Limit `T` to integrals.template <typename T>concept integral = std::is_integral_v<T>;// Limit `T` to both the `integral` constraint and signedness.template <typename T>concept signed_integral = integral<T> && std::is_signed_v<T>;// Limit `T` to both the `integral` constraint and the negation of the `signed_integral` constraint.template <typename T>concept unsigned_integral = integral<T> && !signed_integral<T>;

复制代码

有各种各样的语法形式来加强概念:

// Forms for function parameters:// `T` is a constrained type template parameter.template <my_concept T>void f(T v);
// `T` is a constrained type template parameter.template <typename T>  requires my_concept<T>void f(T v);
// `T` is a constrained type template parameter.template <typename T>void f(T v) requires my_concept<T>;
// `v` is a constrained deduced parameter.void f(my_concept auto v);
// `v` is a constrained non-type template parameter.template <my_concept auto v>void g();
// Forms for auto-deduced variables:// `foo` is a constrained auto-deduced value.my_concept auto foo = ...;
// Forms for lambdas:// `T` is a constrained type template parameter.auto f = []<my_concept T> (T v) {  // ...};// `T` is a constrained type template parameter.auto f = []<typename T> requires my_concept<T> (T v) {  // ...};// `T` is a constrained type template parameter.auto f = []<typename T> (T v) requires my_concept<T> {  // ...};// `v` is a constrained deduced parameter.auto f = [](my_concept auto v) {  // ...};// `v` is a constrained non-type template parameter.auto g = []<my_concept auto v> () {  // ...};

复制代码

requires 关键字可以用来启动一个 require 子句或一个 require 表达式:

template <typename T>  requires my_concept<T> // `requires` clause.void f(T);
template <typename T>concept callable = requires (T f) { f(); }; // `requires` expression.
template <typename T>  requires requires (T x) { x + x; } // `requires` clause and expression on same line.T add(T a, T b) {  return a + b;}

复制代码

注意，requires 表达式中的参数列表是可选的。require 表达式中的每个需求都是下列要求之一:

Simple requirements - 断言给定表达式是否有效。

template <typename T>concept callable = requires (T f) { f(); };

复制代码

Type requirements - 关键字typename后跟一个类型名表示，断言给定的类型名是有效的。

struct foo {  int foo;};
struct bar {  using value = int;  value data;};
struct baz {  using value = int;  value data;};
// Using SFINAE, enable if `T` is a `baz`.template <typename T, typename = std::enable_if_t<std::is_same_v<T, baz>>>struct S {};
template <typename T>using Ref = T&;
template <typename T>concept C = requires {                     // Requirements on type `T`:  typename T::value; // A) has an inner member named `value`  typename S<T>;     // B) must have a valid class template specialization for `S`  typename Ref<T>;   // C) must be a valid alias template substitution};
template <C T>void g(T a);
g(foo{}); // ERROR: Fails requirement A.g(bar{}); // ERROR: Fails requirement B.g(baz{}); // PASS.

复制代码

Compound requirements - 用大括号括起来的表达式，后面跟着返回类型或类型约束。

template <typename T>concept C = requires(T x) {  {*x} -> typename T::inner; // the type of the expression `*x` is convertible to `T::inner`  {x + 1} -> std::same_as<int>; // the expression `x + 1` satisfies `std::same_as<decltype((x + 1))>`  {x * 1} -> T; // the type of the expression `x * 1` is convertible to `T`};

复制代码

Nested requirements - 由requires关键字表示，指定额外的约束(例如本地参数参数)。

template <typename T>concept C = requires(T x) {  requires std::same_as<sizeof(x), size_t>;};

复制代码

Designated initializers(指定初始化式)

c 风格指定初始化式语法。任何未显式列出在指定初始化列表中的成员字段都是默认初始化的。

struct A {  int x;  int y;  int z = 123;};
A a {.x = 1, .z = 2}; // a.x == 1, a.y == 0, a.z == 2

复制代码

Template syntax for lambdas(lambda 的模板语法)

在 lambda 表达式中使用熟悉的模板语法。

auto f = []<typename T>(std::vector<T> v) {  // ...};

复制代码

Range-based for loop with initializer(带初始化器的基于范围的 for 循环)

该特性简化了常见的代码模式，有助于保持范围紧凑，并为常见的生存期问题提供了优雅的解决方案。

for (std::vector v{1, 2, 3}; auto& e : v) {  std::cout << e;}// prints "123"

复制代码

likely and unlikely attributes(可能和不可能的属性)

向优化器提供提示，说明已标记语句执行的概率很高。

switch (n) {case 1:  // ...  break;
[[likely]] case 2:  // n == 2 is considered to be arbitrarily more  // ...            // likely than any other value of n  break;}

复制代码

如果一个可能/不太可能的属性出现在 If 语句的右括号之后，则表明分支可能/不太可能执行其子语句(体)。

int random = get_random_number_between_x_and_y(0, 3);if (random > 0) [[likely]] {  // body of if statement  // ...}

复制代码

它也可以应用于迭代语句的子语句(体)。

while (unlikely_truthy_condition) [[unlikely]] {  // body of while statement  // ...}

复制代码

Deprecate implicit capture of this(不建议隐式捕获)

在 lamdba 捕获中使用[=]隐式捕获this现在已弃用;更喜欢使用[=，this]或[=，*this]显式捕获。

struct int_value {  int n = 0;  auto getter_fn() {    // BAD:    // return [=]() { return n; };
    // GOOD:    return [=, *this]() { return n; };  }};

复制代码

Class types in non-type template parameters(非类型模板形参中的类型)

类现在可以在非类型模板参数中使用。作为模板参数传入的对象的类型为const T，其中T是对象的类型，并且具有静态存储时间。

struct foo {  foo() = default;  constexpr foo(int) {}};
template <foo f>auto get_foo() {  return f;}
get_foo(); // uses implicit constructorget_foo<foo{123}>();

复制代码

constexpr virtual functions(constexpr 虚函数)

虚函数现在可以是constexpr并在编译时计算。constexpr虚函数可以覆盖非constexpr虚函数，反之亦然。

struct X1 {  virtual int f() const = 0;};
struct X2: public X1 {  constexpr virtual int f() const { return 2; }};
struct X3: public X2 {  virtual int f() const { return 3; }};
struct X4: public X3 {  constexpr virtual int f() const { return 4; }};
constexpr X4 x4;x4.f(); // == 4

复制代码

explicit(bool)(是否显式)

在编译时有条件地选择构造函数是否显式。explicit(true)与指定explicit相同。

struct foo {  // Specify non-integral types (strings, floats, etc.) require explicit construction.  template <typename T>  explicit(!std::is_integral_v<T>) foo(T) {}};
foo a = 123; // OKfoo b = "123"; // ERROR: explicit constructor is not a candidate (explicit specifier evaluates to true)foo c {"123"}; // OK

复制代码

Immediate functions

类似于constexpr函数，但是带有consteval说明符的函数必须产生一个常量。这些被称为“直接函数”。

consteval int sqr(int n) {  return n * n;}
constexpr int r = sqr(100); // OKint x = 100;int r2 = sqr(x); // ERROR: the value of `x` is not usable in a constant expression                 // OK if `sqr` were a `constexpr` function

复制代码

using enum

将枚举成员引入作用域以提高可读性。之前:

enum class rgba_color_channel { red, green, blue, alpha };
std::string_view to_string(rgba_color_channel channel) {  switch (channel) {    case rgba_color_channel::red:   return "red";    case rgba_color_channel::green: return "green";    case rgba_color_channel::blue:  return "blue";    case rgba_color_channel::alpha: return "alpha";  }}

复制代码

之后:

enum class rgba_color_channel { red, green, blue, alpha };
std::string_view to_string(rgba_color_channel my_channel) {  switch (my_channel) {    using enum rgba_color_channel;    case red:   return "red";    case green: return "green";    case blue:  return "blue";    case alpha: return "alpha";  }}

复制代码

Lambda capture of parameter pack(参数包的 Lambda 捕获)

捕获参数按值包:

template <typename... Args>auto f(Args&&... args){    // BY VALUE:    return [...args = std::forward<Args>(args)] {        // ...    };}

复制代码

通过引用捕获参数包:

template <typename... Args>auto f(Args&&... args){    // BY REFERENCE:    return [&...args = std::forward<Args>(args)] {        // ...    };}

复制代码

char8_t

提供表示 UTF-8 字符串的标准类型。

char8_t utf8_str[] = u8"\u0123";

复制代码

c++ 20 库功能

Concepts library

标准库还提供了用于构建更复杂概念的概念。其中包括:

核心语言概念:

same_as - 指定两种相同的类型。
derived_from - 指定一个类型派生自另一个类型。
convertible_to - 指定一个类型可隐式转换为另一个类型。
common_with - 指定两个类型共享一个公共类型。
integral - 指定类型为整型。
default_constructible - 指定可以默认构造类型的对象。

Comparison concepts:

boolean - 指定可在布尔上下文中使用的类型。
equality_comparable - 指定operator==是一个等价关系。

Object concepts:

movable - 指定可移动和交换某一类型的对象。
copyable - 指定可复制、移动和交换某一类型的对象。
semiregular - 指定某个类型的对象可以被复制、移动、交换和默认构造。
regular - 指定类型为 regular，即既为semiregular又为equality_comparable。

Callable concepts:

invocable - 指定可使用给定参数类型集调用可调用类型。
predicate - 指定可调用类型是布尔谓词。

Synchronized buffered outputstream

缓冲包装输出流的输出操作，以确保同步(即输出没有交错)。

std::osyncstream{std::cout} << "The value of x is:" << x << std::endl;

复制代码

std::span

span 是容器的一个视图(即非所有者视图)，它提供了对连续元素组的边界检查访问。由于视图不拥有它们自己的元素，它们的构造和复制成本很低——考虑视图的一种简单方法是它们持有对其数据的引用。跨度可以是动态大小的，也可以是固定大小的。

void f(std::span<int> ints) {    std::for_each(ints.begin(), ints.end(), [](auto i) {        // ...    });}
std::vector<int> v = {1, 2, 3};f(v);std::array<int, 3> a = {1, 2, 3};f(a);// etc.

复制代码

示例:与维护指针和长度字段不同，span 将这两个字段打包在一个容器中。

constexpr size_t LENGTH_ELEMENTS = 3;int* arr = new int[LENGTH_ELEMENTS]; // arr = {0, 0, 0}
// Fixed-sized span which provides a view of `arr`.std::span<int, LENGTH_ELEMENTS> span = arr;span[1] = 1; // arr = {0, 1, 0}
// Dynamic-sized span which provides a view of `arr`.std::span<int> d_span = arr;span[0] = 1; // arr = {1, 1, 0}constexpr size_t LENGTH_ELEMENTS = 3;int* arr = new int[LENGTH_ELEMENTS];
std::span<int, LENGTH_ELEMENTS> span = arr; // OKstd::span<double, LENGTH_ELEMENTS> span2 = arr; // ERRORstd::span<int, 1> span3 = arr; // ERROR

复制代码

Bit operations

c++ 20 提供了一个新的<bit>头，它提供了一些位操作，包括 popcount。

std::popcount(0u); // 0std::popcount(1u); // 1std::popcount(0b1111`0000u); // 4

复制代码

Math constants

在<numbers> header 中定义的数学常量，包括 PI、欧拉数等。

std::numbers::pi; // 3.14159...std::numbers::e; // 2.71828...

复制代码

std::is_constant_evaluated

谓词函数，当它在编译时上下文中被调用时为真

constexpr bool is_compile_time() {    return std::is_constant_evaluated();}
constexpr bool a = is_compile_time(); // truebool b = is_compile_time(); // false

复制代码

std::make_shared supports arrays

auto p = std::make_shared<int[]>(5); // pointer to `int[5]`// ORauto p = std::make_shared<int[5]>(); // pointer to `int[5]`

复制代码

starts_with and ends_with on strings

字符串(和字符串视图)现在有starts_with和ends_with成员函数来检查一个字符串是否以给定的字符串开始或结束。

std::string str = "foobar";str.starts_with("foo"); // truestr.ends_with("baz"); // false

复制代码

Check if associative container has element

像集合和映射这样的关联容器有一个“contains”成员函数，它可以用来代替“查找和检查迭代器的结束”习惯用法。

std::map<int, char> map {{1, `a`}, {2, `b`}};map.contains(2); // truemap.contains(123); // false
std::set<int> set {1, 2, 3};set.contains(2); // true

复制代码

std::bit_cast

将对象从一种类型重新解释为另一种类型的更安全的方法。

float f = 123.0;int i = std::bit_cast<int>(f);

复制代码

std::midpoint

安全地计算两个整数的中点(不溢出)。

std::midpoint(1, 3); // == 2

复制代码

std::to_array

将给定的数组/"array-like"对象转换为std::array。

std::to_array("foo"); // returns `std::array<char, 4>`std::to_array<int>({1, 2, 3}); // returns `std::array<int, 3>`
int a[] = {1, 2, 3};std::to_array(a); // returns `std::array<int, 3>`

复制代码

C++后端开发、Linux 服务器开发/架构师面试题、学习资料、教学视频和学习路线图（资料包括 C/C++，Linux，golang 技术，Nginx，ZeroMQ，MySQL，Redis，fastdfs，MongoDB，ZK，流媒体，CDN，P2P，K8S，Docker，TCP/IP，协程，DPDK，ffmpeg 等），免费分享有需要的可以自行添加学习交流群 960994558

发布于: 刚刚阅读数: 2

赖猫

关注

C/C++Linux服务器开发学习群960994558 2020.11.28 加入

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行

发布

暂无评论

创作场景

C++ 20 语言特性

Coroutines（协程）

Concepts（概念）

Designated initializers(指定初始化式)

Template syntax for lambdas(lambda 的模板语法)

Range-based for loop with initializer(带初始化器的基于范围的 for 循环)

likely and unlikely attributes(可能和不可能的属性)

Deprecate implicit capture of this(不建议隐式捕获)

Class types in non-type template parameters(非类型模板形参中的类型)

constexpr virtual functions(constexpr 虚函数)

explicit(bool)(是否显式)

Immediate functions

using enum

Lambda capture of parameter pack(参数包的 Lambda 捕获)

char8_t

c++ 20 库功能

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

赖猫

评论