C++17新特性汇总

Posted 2021-04-04 高性能服务器开发

今天向亲爱的读者们介绍下C++17的新特性，现在基本上各个编译器对C++17都已经提供完备的支持，建议大家编程中尝试使用下C++17，可以一定程度上简化代码编写，提高编程效率。

主要新特性如下：

• 构造函数模板推导

• 结构化绑定

• if-switch语句初始化

• 内联变量

• 折叠表达式

• constexpr lambda表达式

• namespace嵌套

• __has_include预处理表达式

• 在lambda表达式用*this捕获对象副本

• 新增Attribute

• 字符串转换

• std::variant

• std::optional

• std::any

• std::apply

• std::make_from_tuple

• as_const

• std::string_view

• file_system

• std::shared_mutex

下面，一一介绍：

构造函数模板推导

在C++17前构造一个模板类对象需要指明类型：

pair<int, double> p(1, 2.2); // before c++17

C++17就不需要特殊指定，直接可以推导出类型，代码如下：

pair p(1, 2.2); // c++17 自动推导vector v = {1, 2, 3}; // c++17

结构化绑定

通过结构化绑定，对于tuple、map等类型，获取相应值会方便很多，看代码：

std::tuple<int, double> func() { return std::tuple(1, 2.2);}
int main() { auto[i, d] = func(); //是C++11的tie吗？更高级 cout << i << endl; cout << d << endl;}
//==========================void f() { map<int, string> m = { {0, "a"}, {1, "b"},  }; for (const auto &[i, s] : m) { cout << i << " " << s << endl; }}
// ====================int main() { std::pair a(1, 2.3f); auto[i, f] = a; cout << i << endl; // 1 cout << f << endl; // 2.3f return 0;}

结构化绑定还可以改变对象的值，使用引用即可：

// 进化，可以通过结构化绑定改变对象的值int main() { std::pair a(1, 2.3f); auto& [i, f] = a; i = 2; cout << a.first << endl; // 2}

注意结构化绑定不能应用于constexpr

constexpr auto[x, y] = std::pair(1, 2.3f); // compile error, C++20可以

结构化绑定不止可以绑定pair和tuple，还可以绑定数组和结构体等。

int array[3] = {1, 2, 3};auto [a, b, c] = array;cout << a << " " << b << " " << c << endl;
// 注意这里的struct的成员一定要是public的struct Point { int x; int y;};Point func() { return {1, 2};}const auto [x, y] = func();

这里其实可以实现自定义类的结构化绑定，代码如下：

// 需要实现相关的tuple_size和tuple_element和get<N>方法。class Entry {public: void Init() { name_ = "name"; age_ = 10; }
 std::string GetName() const { return name_; } int GetAge() const { return age_; }private: std::string name_; int age_;};
template <size_t I>auto get(const Entry& e) { if constexpr (I == 0) return e.GetName(); else if constexpr (I == 1) return e.GetAge();}
namespace std { template<> struct tuple_size<Entry> : integral_constant<size_t, 2> {}; template<> struct tuple_element<0, Entry> { using type = std::string; }; template<> struct tuple_element<1, Entry> { using type = int; };}
int main() { Entry e; e.Init(); auto [name, age] = e; cout << name << " " << age << endl; // name 10 return 0;}

if-switch语句初始化

C++17前if语句需要这样写代码：

int a = GetValue();if (a < 101) { cout << a;}

C++17之后可以这样：

// if (init; condition)
if (int a = GetValue()); a < 101) { cout << a;}
string str = "Hi World";if (auto [pos, size] = pair(str.find("Hi"), str.size()); pos != string::npos) { std::cout << pos << " Hello, size is " << size;}

使用这种方式可以尽可能约束作用域，让代码更简洁，但是可读性略有下降。

内联变量

C++17前只有内联函数，现在有了内联变量，我们印象中C++类的静态成员变量在头文件中是不能初始化的，但是有了内联变量，就可以达到此目的：

// header filestruct A { static const int value; };inline int const A::value = 10;
// ==========或者========struct A { inline static const int value = 10;}

折叠表达式

C++17引入了折叠表达式使可变参数模板编程更方便：

template <typename ... Ts>auto sum(Ts ... ts) { return (ts + ...);}int a {sum(1, 2, 3, 4, 5)}; // 15std::string a{"hello "};std::string b{"world"};cout << sum(a, b) << endl; // hello world

constexpr lambda表达式

C++17前lambda表达式只能在运行时使用，C++17引入了constexpr lambda表达式，可以用于在编译期进行计算。

int main() { // c++17可编译 constexpr auto lamb = [] (int n) { return n * n; }; static_assert(lamb(3) == 9, "a");}

注意

constexpr函数有如下限制：

函数体不能包含汇编语句、goto语句、label、try块、静态变量、线程局部存储、没有初始化的普通变量，不能动态分配内存，不能有new delete等，不能虚函数。

namespace嵌套

namespace A { namespace B { namespace C { void func(); } }}
// c++17，更方便更舒适namespace A::B::C { void func();)}

__has_include预处理表达式

可以判断是否有某个头文件，代码可能会在不同编译器下工作，不同编译器的可用头文件有可能不同，所以可以使用此来判断：

#if defined __has_include#if __has_include(<charconv>)#define has_charconv 1#include <charconv>#endif#endif
std::optional<int> ConvertToInt(const std::string& str) { int value{};#ifdef has_charconv const auto last = str.data() + str.size(); const auto res = std::from_chars(str.data(), last, value); if (res.ec == std::errc{} && res.ptr == last) return value;#else // alternative implementation... 其它方式实现#endif return std::nullopt;}

在lambda表达式用*this捕获对象副本

正常情况下，lambda表达式中访问类的对象成员变量需要捕获this，但是这里捕获的是this指针，指向的是对象的引用，正常情况下可能没问题，但是如果多线程情况下，函数的作用域超过了对象的作用域，对象已经被析构了，还访问了成员变量，就会有问题。

struct A { int a; void func() { auto f = [this] { cout << a << endl; }; f(); } };int main() { A a; a.func(); return 0;}

所以C++17增加了新特性，捕获*this，不持有this指针，而是持有对象的拷贝，这样生命周期就与对象的生命周期不相关啦。

struct A { int a; void func() { auto f = [*this] { // 这里 cout << a << endl; }; f(); } };int main() { A a; a.func(); return 0;}

新增Attribute

我们可能平时在项目中见过__declspec__, __attribute__ , #pragma指示符，使用它们来给编译器提供一些额外的信息，来产生一些优化或特定的代码，也可以给其它开发者一些提示信息。

例如：

struct A { short f[3]; } __attribute__((aligned(8)));
void fatal() __attribute__((noreturn));

在C++11和C++14中有更方便的方法：

[[carries_dependency]] 让编译期跳过不必要的内存栅栏指令[[noreturn]] 函数不会返回[[deprecated]] 函数将弃用的警告
[[noreturn]] void terminate() noexcept;[[deprecated("use new func instead")]] void func() {}

C++17又新增了三个：

[[fallthrough]]：用在switch中提示可以直接落下去，不需要break，让编译期忽略警告

switch (i) {} case 1: xxx; // warning case 2: xxx; [[fallthrough]]; // 警告消除 case 3: xxx; break;}

使得编译器和其它开发者都可以理解开发者的意图。

[[nodiscard]] ：表示修饰的内容不能被忽略，可用于修饰函数，标明返回值一定要被处理

[[nodiscard]] int func();void F() { func(); // warning 没有处理函数返回值}

[[maybe_unused]] ：提示编译器修饰的内容可能暂时没有使用，避免产生警告

void func1() {}[[maybe_unused]] void func2() {} // 警告消除void func3() { int x = 1; [[maybe_unused]] int y = 2; // 警告消除}

字符串转换

新增from_chars函数和to_chars函数，直接看代码：

#include <charconv>
int main() { const std::string str{"123456098"}; int value = 0; const auto res = std::from_chars(str.data(), str.data() + 4, value); if (res.ec == std::errc()) { cout << value << ", distance " << res.ptr - str.data() << endl; } else if (res.ec == std::errc::invalid_argument) { cout << "invalid" << endl; } str = std::string("12.34); double val = 0; const auto format = std::chars_format::general; res = std::from_chars(str.data(), str.data() + str.size(), value, format);
 str = std::string("xxxxxxxx"); const int v = 1234; res = std::to_chars(str.data(), str.data() + str.size(), v); cout << str << ", filled " << res.ptr - str.data() << " characters \n"; // 1234xxxx, filled 4 characters}

std::variant

C++17增加std::variant实现类似union的功能，但却比union更高级，举个例子union里面不能有string这种类型，但std::variant却可以，还可以支持更多复杂类型，如map等，看代码：

int main() { // c++17可编译 std::variant<int, std::string> var("hello"); cout << var.index() << endl; var = 123; cout << var.index() << endl;
 try { var = "world"; std::string str = std::get<std::string>(var); // 通过类型获取值 var = 3; int i = std::get<0>(var); // 通过index获取对应值 cout << str << endl; cout << i << endl; } catch(...) { // xxx; } return 0;}

注意

一般情况下variant的第一个类型一般要有对应的构造函数，否则编译失败：

struct A { A(int i){}};int main() { std::variant<A, int> var; // 编译失败}

如何避免这种情况呢，可以使用std::monostate来打个桩，模拟一个空状态。

std::variant<std::monostate, A> var; // 可以编译成功

std::optional

我们有时候可能会有需求，让函数返回一个对象，如下：

struct A {};A func() { if (flag) return A(); else { // 异常情况下，怎么返回异常值呢，想返回个空呢 }}

有一种办法是返回对象指针，异常情况下就可以返回nullptr啦，但是这就涉及到了内存管理，也许你会使用智能指针，但这里其实有更方便的办法就是std::optional。

std::optional<int> StoI(const std::string &s) { try { return std::stoi(s); } catch(...) { return std::nullopt; }}
void func() { std::string s{"123"}; std::optional<int> o = StoI(s); if (o) { cout << *o << endl; } else { cout << "error" << endl; }}

std::any

C++17引入了any可以存储任何类型的单个值，见代码：

int main() { // c++17可编译 std::any a = 1; cout << a.type().name() << " " << std::any_cast<int>(a) << endl; a = 2.2f; cout << a.type().name() << " " << std::any_cast<float>(a) << endl; if (a.has_value()) { cout << a.type().name(); } a.reset(); if (a.has_value()) { cout << a.type().name(); } a = std::string("a"); cout << a.type().name() << " " << std::any_cast<std::string>(a) << endl; return 0;}

std::apply

使用std::apply可以将tuple展开作为函数的参数传入，见代码：

int add(int first, int second) { return first + second; }
auto add_lambda = [](auto first, auto second) { return first + second; };
int main() { std::cout << std::apply(add, std::pair(1, 2)) << '\n'; std::cout << add(std::pair(1, 2)) << "\n"; // error std::cout << std::apply(add_lambda, std::tuple(2.0f, 3.0f)) << '\n';}

std::make_from_tuple

使用make_from_tuple可以将tuple展开作为构造函数参数

struct Foo { Foo(int first, float second, int third) { std::cout << first << ", " << second << ", " << third << "\n"; }};int main() { auto tuple = std::make_tuple(42, 3.14f, 0); std::make_from_tuple<Foo>(std::move(tuple));}

std::string_view

通常我们传递一个string时会触发对象的拷贝操作，大字符串的拷贝赋值操作会触发堆内存分配，很影响运行效率，有了string_view就可以避免拷贝操作，平时传递过程中传递string_view即可。

void func(std::string_view stv) { cout << stv << endl; }
int main(void) { std::string str = "Hello World"; std::cout << str << std::endl;
 std::string_view stv(str.c_str(), str.size()); cout << stv << endl; func(stv); return 0;}

as_const

C++17使用as_const可以将左值转成const类型

std::string str = "str";const std::string& constStr = std::as_const(str);

file_system

C++17正式将file_system纳入标准中，提供了关于文件的大多数功能，基本上应有尽有，这里简单举几个例子：

namespace fs = std::filesystem;fs::create_directory(dir_path);fs::copy_file(src, dst, fs::copy_options::skip_existing);fs::exists(filename);fs::current_path(err_code);

std::shared_mutex

C++17引入了shared_mutex，可以实现读写锁，具体可以见我上一篇文章：

关于C++17的介绍就到这里，希望对大家有所帮助~

参考资料

https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/make_from_tuple

https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/apply

https://en.cppreference.com/w/cpp/17

https://cloud.tencent.com/developer/article/1383177

https://www.jianshu.com/p/9b8eeddbf1e4