你不知道的C++11新语法

Update on Apr.10, 2021: **这篇日报写于2018年（也就是初一暑假），风格比较像 xxs 习作（年龄也确实差不多），受知识水平所限可能内容单薄，请谨慎食用。** 随着C++11的发布，C++这门语言有了本质上的提升。C++14,C++17的相继推出，更是让C++这门语言达到了一个新高度。新的标准库设施，新的语法，让我们得以书写更加安全、便捷、高效的程序。 2018年6月编程语言排行榜：  那么这些新的语法究竟是什么？它们如何使用？能为我们编程带来哪些便利？这便是本文所探讨的。 本文参考部分资料，文末已给出原文章地址。 ## 新的空指针类型——nullptr **适用度:★★★★★** nullptr是一种特殊的字面值，它可以转化为任意一种指针类型。 原来我们初始化一个空指针都是直接将他赋值为NULL，**但NULL实际上是一个宏,其值相当于0**。 编译器是这么定义NULL的: ```cpp #ifdef __cplusplus //如果定义__cplusplus宏，说明正在编译C++语言 #define NUll 0 #else #define NULL ((void *)0) #endif ``` 也许你会想“我们用NULL还不是照样~~吊打集训队~~”，nullptr好像并没有什么用。 考虑这样一段代码: ```cpp int f(int x){ //do something } int f(int *x){ //do something } int main(){ f(NULL); } ``` 很显然，编译失败，对f的调用有二义性。因为NULL相当于0，既可转化为指针，也可转化为整形。将NULL换做nullptr即可，nullptr便是为了解决这种二义性的问题而诞生的。 条件允许的前提下，尽量使用nullptr，它比NULL更加安全， 原来这样写: ```cpp int a = NULL; int *b = NULL; ``` 现在应该这样写: ```cpp int a = NULL; int *b = nullptr; ``` ## 避免奇葩错误——constexpr变量 适用度:★★★★☆ 在编程中，我们经常遇到需要定义常量的情况，但有些常量却并不是你所想的“常量”。因而会引发一些意想不到的错误。 例如: ```cpp int a; const int b = a + 10; int c[b];//错误，b不是一个常量表达式，它的值每次运行都有可能不一样。 ``` b的确是一个**常量——它的值在程序的执行期间不会被修改**，但是它并不是**常量表达式——每次执行程序时都为同一个值，且程序执行期间无法被修改**。 使用**constexpr**而非const来声明常量，让编译器来帮你检查常量是不是每次程序执行都为同一个值。 ```cpp int a; constexpr b = a + 10;//错误！a不是常量表达式! ``` ```cpp int a; const int b = a + 10; constexpr int c = b + 10;//错误，b为常量，但不是常量表达式！ ``` ```cpp const int a = 10; const int b = a + 10; constexpr int c = b + 10;//正确 ``` ## 省事好帮手——auto类型指示符 **适用度:★★★★★** 有些类型名字太长，难以拼写，浪费时间。怎么办？ 知道函数的作用，却无法拼写其返回类型，无法保存其返回值。怎么办？ 这个时候**auto类型指示符**就能够助我们一臂之力了。 原来我们这么写: ```cpp vector<int> vec; for(vector<int>::iterator it = vec.begin();it != vec.end();it++)//Do something ``` 现在可以**简单**的这么写: ```cpp vector<int> vec; for(auto it = vec.begin();it != vec.end();it++)//Do something ``` 怎么样？程序瞬间清爽了许多有木有。而且还可以**节约大量宝贵的时间** 因为**编译器是依靠初始值来推断auto变量的类型的**，所以**auto变量必须要有初始值**。 即使是这样也不行: ```cpp auto a; a = 10; ``` **当然，也不能用auto来定义数组** **auto**和引用一起会产生一些奇怪的问题: ```cpp int i = 1,&r = i;//定义变量i,r为i的引用 auto p = r;//没错,p的值为int，其值为1 ``` 为什么？因为**引用即别名**。正如我们熟知的，**使用引用其实是使用引用的对象**，特别**当引用被用作初始值**的时候，真正**参与初始化的其实是引用对象的值**。此时编译器以**引用对象的类型**作为auto的类型。 ## 自动类型推断——decltype类型指示符 **适用度:★★★★☆** 上文提到了auto的用法，有时候我们想要用表达式的类型初始化一个变量，却并不想用表达式的值初始化这个变量。这个时候**decltype**类型指示符就可以派上用场了。 剧透：下文位置返回类型配合**decltype类型指示符**有惊喜 我们可以这样用**decltype类型指示符**来定义变量: ```cpp int a = 10; decltype(a) b; b = 20; ``` 但是要注意，**decltype只会用表达式的返回值进行推断，并不会执行表达式**。例如: ```cpp int f(){ cout << "Hello decltype!" << endl; return 0; } decltype(f()) i = 123;//i的值为123 //程序运行并不会有任何输出，因为f函数并没有实际执行。 ``` ```cpp int i = 1; decltype(i = 123) b = i; cout << i << endl;//输出1，因为i = 42表达式并未实际执行 ``` decltype和auto都可以完成类型推断的任务，那么它们有什么不同呢？ 1.处理引用 ```cpp int i = 1,&r = i;//定义int型变量i,r为i的引用。 auto a = r;//此时a的类型为int decltype(r) b = r;//此时b的类型为int&,即为int的引用。 ``` 2.处理顶层const 这里引入一个概念： 1.底层const，对象所指向的对象是const的。 2.顶层const，对象本身是const的。 auto会忽略掉顶层const和引用，但是会保留底层const。 ```cpp const int ci = i,&cr = ci; auto a = ci;//a为int，顶层const被忽略 auto b = cr;//b为int，顶层const和引用均被忽略 auto c = &ci;//c为指向常量int的指针，保留底层const ``` 如果要使auto类型为顶层const: ```cpp int i = 1; const auto a = i;//a为const int 类型 ``` 如果decltype使用的表达式是一个变量，**decltype会返回该变量的类型（包括引用和顶层const)**。 ## 循环宏的优秀替代品——范围for语句 **适用度:★★★★★** 什么？就算有了auto类型指示符，遍历容器/数组每一个元素你还是嫌麻烦？没事，让**范围for语句来帮你**。 原来这么遍历容器/数组**每一个元素** ```cpp vector<int> vec; for(auto it = vec.begin();it != vec.end();it++) cout << *it << " "; ``` 现在这么写: ```cpp vector<int> vec; for(auto it : vec) cout << it << " "; ``` 注意，**范围for语句只能遍历每一个元素**，所以像遍历1到10这种操作还是得自己乖乖写for循环:)。 ## 复杂返回值必备——尾置返回类型 **适用度:★★★★☆** 普通函数完全不必要**尾置返回类型**，但是当函数返回类型复杂起来时，**尾置返回类型**就很有用了。 ```cpp int (*func(int i))[10]{ //Do something } //func(int i)表示调用函数时，需要一个int类型的参数； //(*func(int i))表示对调用func的结果执行解引用的操作； //(*func(int i))[10]表示解引用之后得到一个维度为10的数组； //int (*func(int i))[10]表示数组的数据类型为int； ``` 很复杂，对吧？（~~当然对于dalao来说小菜一碟~~）当返回类型更加复杂时，**常规写法将会成为Debug噩梦**。（话说Markdown好像识别不了尾置返回类型诶）。 //返回一维数组 ```cpp auto func(int i) -> int(*)[10]{ //Do something } ``` 还有更复杂的（~~我太蒻了给不出常规写法了~~） 二维数组: ```cpp auto func(int i) -> int(*)[10][10]{ //Do something } ``` 二重指针: ```cpp auto func(int i) -> int **{ //Do something } ``` 除了数组特殊一些以外，平时定义变量怎么写，**尾置返回类型**就怎么写。程序瞬间清爽了许多有木有。 如果返回值更加复杂，连尾置返回类型的作用都显得微乎其微了怎么办？这时候—— **配合decltype食用效果更佳** ```cpp auto func(int a,int b) -> decltype(a+b){ //Do something return a+b;//函数的返回类型即为int } ``` 什么？你连**尾置返回类型**都嫌麻烦？**C++14**可以满足你的需求。没错，连**尾置返回类型都可以省了**，直接返回类型auto就可以了Orz。 ## 命名困难户/~~装逼者的宠儿~~——Lambda表达式 **适用度:★★★☆☆** 假如遇到一道~~毒瘤~~题，既需要从小到大排序，也需要从大到小排序，甚至还要给自己定义的结构体排序。难道排序函数依次叫做cmp1,cmp2,cmp3?~~太没有逼格了吧~~ 一个**完整的**Lambda表达式由以下几个部分构成： ``` [capture list] (params list) mutable exception-> return type { function body } ``` 各项具体含义如下 1. capture list：捕获外部变量列表 **可以为空，但是不可以省略** 2. params list：形参列表 **可以为空，但是不可以省略** 3. mutable指示符：用来说用是否可以修改捕获的变量 **可以省略** 4. exception：异常设定 **可以省略** 5. return type：返回类型 **可以省略** 6. function body：函数体 **可以为空，但是不可以省略** 太复杂了，对吧？实际上，OI中我们使用Lambda表达式主要是用于STL的谓词（比如排序），因而我们可以省略很多不必要的部分。 该省略的省略后就十分简单了: 比如从大到小排序: ```cpp vector<int> vec; sort(vec.begin(),vec.end(),[](int a,int b){ return a > b; }); ``` Lambda表达式看似复杂，却能在许多时候为我们提供不小便利。**它也是函数式编程的基石**。 因考虑篇幅，Lambda表达式并未详细介绍。想要知道更多关于Lambda表达式的内容，可以看看我的另一篇文章。[传送门](https://www.luogu.com.cn/blog/colazcy/bian-cheng-li-qi-lambda-biao-da-shi) ## 鸣谢: 本文参考了以下资料，感谢作者的辛劳付出： https://www.jianshu.com/p/2d44dae53910 https://blog.csdn.net/zdy0_2004/article/details/69934828 https://www.cnblogs.com/DswCnblog/p/5629165.html https://blog.csdn.net/y1196645376/article/details/51441503 注:因C++11语法繁杂，有些高级特性只为大型工程而设计，对OI并无太大帮助，因而未能出现在文章中（如继承，多态，泛型编程）等等。本人水平有限，文章难免有错误，望读者多多海涵，可以**评论指出错误，一定尽力修正**。