|
來源：祁宇（首發(fā)《程序員》雜志） www.iteye.com/news/32574 如有好的文章投稿，請點擊 → 這里查看詳情
引用
C++17標準在2017上半年已經討論確定，正在形成ISO標準文檔，今年晚些時候會正式發(fā)布。本文將介紹最新標準中值得開發(fā)者關注的新特新和基本用法。
總的來說C++17相比C++11的新特性來說新特性不算多，做了一些小幅改進。C++17增加了數十項新特性，值得關注的特性大概有下面這些：
constexpr if constexpr lambda fold expression void_t structured binding std::apply, std::invoke string_view parallel STL inline variable
剩下的有一些來自于boost庫，比如variant,any、optional和filesystem等特性，string_view其實在boost里也有。還有一些是語法糖，比如if init、deduction guide、guaranteed copy Elision、template、nested namespace、single param static_assert等特性。我接下來會介紹C++17主要的一些特性，介紹它們的基本用法和作用，讓讀者對C++17的新特性有一個基本的了解。
fold expression
C++11增加了一個新特性可變模版參數（variadic template）,它可以接受任意個模版參數在參數包中，參數包是三個點…，它不能直接展開，需要通過一些特殊的方法才能展開，導致在使用的時候有點難度?，F在C++17解決了這個問題，讓參數包的展開變得容易了，Fold expression就是方便展開參數包的。
fold expression的語義
fold expression有4種語義：
unary right fold (pack op …) unary left fold (… op pack) binary right fold (pack op … op init) binary left fold (init op … op pack)
其中pack代表變參，比如args，op代表操作符，fold expression支持32種操作符：
引用
+ - * / % ^ & | = > += -= *= /= %= ^= &= |= >= == != = && || , .* ->*
unary right fold的含義
fold (E op …) 意味著 E1 op (… op (EN-1 op EN)).
顧名思義，從右邊開始fold，看它是left fold還是right fold我們可以根據參數包…所在的位置來判斷，當參數包…在操作符右邊的時候就是right fold，在左邊的時候就是left fold。我們來看一個具體的例子：
template<typename... Args> auto add_val(Args&&... args) { return (args + ...); } auto t = add_val(1,2,3,4); //10
right fold的過程是這樣的：(1+(2+(3+4)))，從右邊開始fold。
unary left fold的含義
fold (… op E) 意味著 ((E1 op E2) op …) op EN。
對于+這種滿足交換律的操作符來說left fold和right fold是一樣的，比如上面的例子你也可以寫成left fold。
template<typename... Args> auto add_val(Args&&... args) { return (... + args); } auto t = add_val(1,2,3,4); //10
對于不滿足交換律的操作符來說就要注意了，比如減法。
template<typename... Args> auto sub_val_right(Args&&... args) { return (args - ...); } template<typename... Args> auto sub_val_left(Args&&... args) { return (... - args); } auto t = sub_val_right(2,3,4); //(2-(3-4)) = 3 auto t1 = sub_val_left(2,3,4); //((2-3)-4) = -5
這次right fold和left fold的結果就不一樣。
binary fold的含義
Binary right fold (E op … op I) 意味著 E1 op (… op (EN-1 op (EN op I)))。
Binary left fold (I op … op E) 意味著 (((I op E1) op E2) op …) op E2。
其中E代表變參，比如args，op代表操作符，I代表一個初始變量。
二元fold的語義和一元fold的語義是相同的，看一個二元操作符的例子：
template<typename... Args> auto sub_one_left(Args&&... args) { return (1 - ... - args); } template<typename... Args> auto sub_one_right(Args&&... args) { return (args - ... - 1); } auto t = sub_one_left（2，3，4);// (((1-2)-3)-4) = -8 auto t1 = sub_one_right（2，3，4);//(2-(3-(4-1))) = 2
相信通過這個例子大家應該對C++17的fold expression有了基本的了解。
comma fold
在C++17之前，我們經常使用逗號表達式和std::initializer_list來將變參一個個傳入一個函數。比如像下面這個例子：
template<typename T> void print_arg(T t) { std::cout << t << std::endl; } template<typename... Args> void print2(Args... args) { //int a[] = { (printarg(args), 0)... }; std::initializer_list<int>{(print_arg(args), 0)...}; }
這種寫法比較繁瑣，用fold expression就會變得很簡單了。
template<typename... Args> void print3(Args... args) { (print_arg(args), ...); }
這是right fold，你也可以寫成left fold，對于comma來說兩種寫法是一樣的，參數都是從左至右傳入print_arg函數。
template<typename... Args> void print3(Args... args) { (..., print_arg(args)); }
你也可以通過binary fold這樣寫：
template<typename ...Args> void printer(Args&&... args) { (std::cout << ... << args) << '\n'; }
也許你會覺得能寫成這樣：
template<typename ...Args> void printer(Args&&... args) { (std::cout << args << ...) << '\n'; }
但這樣寫是不合法的，根據binary fold的語法，參數包…必須在操作符中間，因此上面的這種寫法不符合語法要求。
借助comma fold我們可以簡化代碼，假如我們希望實現tuple的for_each算法，像這樣：
for_each(std::make_tuple(2.5, 10, 'a'),[](auto e) { std::cout << e<< '\n'; });
這個for_each將會遍歷tuple的元素并打印出來。在C++17之前我們如果要實現這個算法的話，需要借助逗號表達式和std::initializer_list來實現，類似于這樣：
template <typename... Args, typename Func, std::size_t... Idx> void for_each(const std::tuple& t, Func&& f, std::index_sequence<Idx...>) { (void)std::initializer_list<int> { (f(std::get<Idx>(t)), void(), 0)...}; }
這樣寫比較繁瑣不直觀，現在借助fold expression我們可以簡化代碼了。
template <typename... Args, typename Func, std::size_t... Idx> void for_each(const std::tuple<Args...>& t, Func&& f, std::index_sequence<Idx...>) { (f(std::get<Idx>(t)), ...); }
借助coma fold我們可以寫很簡潔的代碼了。
constexpr if
constexpr標記一個表達式或一個函數的返回結果是編譯期常量，它保證函數會在編譯期執(zhí)行。相比模版來說，實現編譯期循環(huán)或遞歸，C++17中的constexpr if會讓代碼變得更簡潔易懂。比如實現一個編譯期整數加法：
template<int N> constexpr int sum() { return N; } template <int N, int N2, int... Ns> constexpr int sum() { return N + sum<N2, Ns...>(); }
C++17之前你可能需要像上面這樣寫，但是現在你可以寫更簡潔的代碼了。
template <int N, int... Ns> constexpr auto sum17() { if constexpr (sizeof...(Ns) == 0) return N; else return N + sum17<Ns...>(); }
當然，你也可以用C++17的fold expression：
template<typename ...Args> constexpr int sum(Args... args) { return (0 + ... + args); }
constexpr還可以用來消除enable_if了，對于討厭寫一長串enable_if的人來說會非常開心。比如我需要根據類型來選擇函數的時候：
template<typename T> std::enable_if_t<std::is_integral<T>::value, std::string> to_str(T t) { return std::to_string(t); } template<typename T> std::enable_if_tstd::is_integral<T>::value, std::string> to_str(T t) { return t; }
經常不得不分開幾個函數來寫，還需要寫長長的enable_if，比較繁瑣，通過if constexpr可以消除enable_if了。
template<typename T> auto to_str17(T t) { if constexpr(std::is_integral<T>::value) return std::to_string(t); else return t; }
constexpr if讓C++的模版具備if-else if-else功能了，是不是很酷，C++程序員的好日子來了。
不過需要注意的是下面這種寫法是有問題的。
template<typename T> auto to_str17(T t) { if constexpr(std::is_integral<T>::value) return std::to_string(t); return t; }
這個代碼把else去掉了，當輸入如果是非數字類型時代碼可以編譯過，以為if constexpr在模版實例化的時候會丟棄不滿足條件的部分，因此函數體中的前兩行代碼將失效，只有最后一句有效。當輸入的為數字的時候就會產生編譯錯誤了，因為if constexpr滿足條件了，這時候就會有兩個return了，就會導致編譯錯誤。
constexpr if還可以用來替換#ifdef宏，看下面的例子:
enum class OS { Linux, Mac, Windows }; //Translate the macros to C++ at a single point in the application #ifdef __linux__ constexpr OS the_os = OS::Linux; #elif __APPLE__ constexpr OS the_os = OS::Mac; #elif __WIN32 constexpr OS the_os = OS::Windows; #endif void do_something() { //do something general if constexpr (the_os == OS::Linux) { //do something Linuxy } else if constexpr (the_os == OS::Mac) { //do something Appley } else if constexpr (the_os == OS::Windows) { //do something Windowsy } //do something general }
代碼變得更清爽了，再也不需要像以前一樣寫#ifdef那樣難看的代碼塊了。
constexpr lambda
constexpr lambda其實很簡單，它的意思就是可以在constexpr 函數中用lambda表達式了，這在C++17之前是不允許的。這樣使用constexpr函數和普通函數沒多大區(qū)別了，使用起來非常舒服。下面是constexpr lambda的例子：
template <typename I> constexpr auto func(I i) { //use a lambda in constexpr context return [i](auto j){ return i + j; }; }
constexpr if和constexpr lambda是C++17提供的非常棒的特性，enjoy it.
string_view
string_view的基本用法
C++17中的string_view是一個char數據的視圖或者說引用，它并不擁有該數據，是為了避免拷貝，因此使用string_view可以用來做性能優(yōu)化。你應該用string_view來代替const char和const string了。string_view的方法和string類似，用法很簡單：
const char* data = 'test'; std::string_view str1(data, 4); std::cout<<str1.length()<<'\n'; //4 if(data==str1) std::cout<<'ok'<<'\n'; const std::string str2 = 'test'; std::string_view str3(str2, str2.size());
構造string_view的時候用char*和長度來構造，這個長度可以自由確定，它表示string_view希望引用的字符串的長度。因為它只是引用其他字符串，所以它不會分配內存，不會像string那樣容易產生臨時變量。我們通過一個測試程序來看看string_view如何來幫我們優(yōu)化性能的。
using namespace std::literals; constexpr auto s = 'it is a test'sv; auto str = 'it is a test's; constexpr int LEN = 1000000; boost::timer t; for (int i = 0; i < LEN; ++i) { constexpr auto s1 = s.substr(3); } std::cout<<t.elapsed()<<'\n'; t.restart(); for (int i = 0; i < LEN; ++i) { auto s2 = str.substr(3); } std::cout<<t.elapsed()<<'\n'; //output 0.004197 0.231505
我們可以通過字面量””sv來初始化string_view。string_view的substr和string的substr相比，快了50多倍，根本原因是它不會分配內存。
string_view的生命周期
由于string_vew并不擁有鎖引用的字符串，所以它也不會去關注被引用字符串的生命周期，用戶在使用的時候需要注意，不要將一個臨時變量給一個string_view，那樣會導致string_view引用的內容也失效。
std::string_view str_v; { std::string temp = 'test'; str_v = {temp}; }
這樣的代碼是有問題的，因為出了作用域之后，string_view引用的內容已經失效了。
總結
本文介紹了C++17的fold expression、constexpr if、constexpr lambda和string_view。fold expression為了簡化可變模板參數的展開，讓可以模板參數的使用變得更簡單直觀；constexpr if讓模板具備if-else功能，非常強大。它也避免了寫冗長的enable_if代碼，讓代碼變得簡潔易懂了；string_view則是用來做性能優(yōu)化的，應該用它來代替const char*和const string。 這些特性對之前的C++14和C++11做了改進和增強，非?？帷?/p>
作者：祁宇，《深入應用C++11》作者，C++開源社區(qū)purecpp.org創(chuàng)始人，致力于C++11/14的應用、研究和推廣。樂于研究和分享技術，愛好C++，愛好開源。 |
