C++ c++11（上）

目录

1.C++11简介

2. 统一的列表初始化

2.1 ｛｝初始化

2.2 std::initializer_list

3. 声明

3.1 auto

3.2 decltype

3.3 nullptr

4.STL中的一些变化

5.右值引用和移动语义

5.1 左值引用和右值引用

5.2 左值引用与右值引用比较

5.3 右值引用使用场景和意义

5.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析

5.5 完美转发

1.C++11简介

百度：C++11 - cppreference.com

2. 统一的列表初始化

2.1 ｛｝初始化

在C++98中，标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。比如：

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	int array2[5] = { 0 };
	Point p = { 1, 2 };
	return 0;
}

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	int x1 = 1;
	int x2{ 2 };
	int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };
	int array2[5]{ 0 };
	Point p{ 1, 2 };
	// C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中
	int* pa = new int[4]{ 0 };
	return 0;
}

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化  

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022, 1, 1); // old style
	// C++11支持的列表初始化，这里会调用构造函数初始化
	Date d2{ 2022, 1, 2 };
	Date d3 = { 2022, 1, 3 };
	return 0;
}

2.2 std::initializer_list

std::initializer_list的介绍文档：initializer_list - C++ Reference

std::initializer_list是什么类型：

int main()
{
	// the type of il is an initializer_list 
	auto il = { 10, 20, 30 };
	cout << typeid(il).name() << endl;
	return 0;
}

 std::initializer_list使用场景：

std::initializer_list一般是作为构造函数的参数，C++11对STL中的不少容器就增加std::initializer_list作为参数的构造函数，这样初始化容器对象就更方便了。也可以作为operator= 的参数，这样就以用大括号赋值。

list::list - C++ Reference

vector::vector - C++ Reference

map::map - C++ Reference

vector::operator= - C++ Reference

int main()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4 };
	list<int> lt = { 1,2 };
	// 这里{"sort", "排序"}会先初始化构造一个pair对象
	map dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };
	// 使用大括号对容器赋值
	v = { 10, 20, 30 };
	return 0;
}

让模拟实现的vector也支持{}初始化和赋值  

namespace bit
{
	template<class T>
	class vector {
	public:
		typedef T* iterator;
		vector(initializer_list l)
		{
			_start = new T[l.size()];
			_finish = _start + l.size();
			_endofstorage = _start + l.size();
			iterator vit = _start;
			typename initializer_list::iterator lit = l.begin();
			while (lit != l.end())
			{
				*vit++ = *lit++;
			}
			//for (auto e : l)
			//   *vit++ = e;
		}
		vector& operator=(initializer_list l) {
			vector tmp(l);
			std::swap(_start, tmp._start);
			std::swap(_finish, tmp._finish);
			std::swap(_endofstorage, tmp._endofstorage);
			return *this;
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

3. 声明

3.1 auto

在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型推断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

int main()
{
	int i = 10;
	auto p = &i;
	auto pf = strcpy;
	cout << typeid(p).name() << endl;
	cout << typeid(pf).name() << endl;
	map dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };
	//map::iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin();
	return 0;
}

3.2 decltype

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

// decltype的一些使用使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2) {
	decltype(t1 * t2) ret;
	cout << typeid(ret).name() << endl;
}
int main()
{
	const int x = 1;
	double y = 2.2;
	decltype(x * y) ret; // ret的类型是double
	decltype(&x) p;      // p的类型是int*
	cout << typeid(ret).name() << endl;
	cout << typeid(p).name() << endl; F(1, 'a');
	return 0;
}

3.3 nullptr

由于C++中NULL被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL   0
#else
#define NULL   ((void *)0)
#endif
#endif

4.STL中的一些变化

 新容器

用橘色圈起来是C++11中的一些几个新容器，但是实际最有用的是unordered_map和unordered_set。这两个前面已经进行了非常详细的讲解，其他的了解一下即可。

 容器中的一些新方法

如果我们再细细去看会发现基本每个容器中都增加了一些C++11的方法，但是其实很多都是用得比较少的。比如提供了cbegin和cend方法返回const迭代器等等，但是实际意义不大，因为begin和end也是可以返回const迭代器的，这些都是属于锦上添花的操作。实际上C++11更新后，容器中增加的新方法最后用的插入接口函数的右值引用版本：

5.右值引用和移动语义

5.1 左值引用和右值引用

int main()
{
	// 以下的p、b、c、*p都是左值
	int* p = new int(0);
	int b = 1;
	const int c = 2;
	// 以下几个是对上面左值的左值引用
	int*& rp = p;
	int& rb = b;
	const int& rc = c;
	int& pvalue = *p;
	return 0;
}

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	// 以下几个都是常见的右值
	10; x + y;
	fmin(x, y);
	// 以下几个都是对右值的右值引用
	int&& rr1 = 10;
	double&& rr2 = x + y;
	double&& rr3 = fmin(x, y);
	// 这里编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
	10 = 1; x + y = 1;
	fmin(x, y) = 1;
	return 0;
}

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	int&& rr1 = 10;
	const double&& rr2 = x + y;
	rr1 = 20;
	rr2 = 5.5;  // 报错
	return 0;
}

int main()
{
	// 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
	int a = 10;
	int& ra1 = a;   // ra为a的别名
	//int& ra2 = 10;   // 编译失败，因为10是右值
	// const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
	const int& ra3 = 10;
	const int& ra4 = a;
	return 0;
}

int main()
{
	// 右值引用只能右值，不能引用左值。
	int&& r1 = 10;
 
	// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &&”
	// message : 无法将左值绑定到右值引用
	int a = 10;
	int&& r2 = a;
	// 右值引用可以引用move以后的左值
	int&& r3 = std::move(a);
	return 0;
}

 
namespace bit
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			//cout << "string(char* str)" << endl;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		// s1.swap(s2)
		void swap(string& s)
		{
			::swap(_str, s._str);
			::swap(_size, s._size);
			::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		// 拷贝构造
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		// 赋值重载
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s);
			swap(tmp);
			return *this;
		}
		// 移动构造
		string(string&& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;
			swap(s);
		}
		// 移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
		//string operator+=(char ch)
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
	};
}

void func1(bit::string s)
{}
void func2(const bit::string& s)
{}
int main()
{
	bit::string s1("hello world");
	// func1和func2的调用我们可以看到左值引用做参数减少了拷贝，提高效率的使用场景和价值
	func1(s1);
	func2(s1);
	// string operator+=(char ch) 传值返回存在深拷贝
	// string& operator+=(char ch) 传左值引用没有拷贝提高了效率
	s1 += '!';
	return 0;
}

namespace bit
{
	bit::string to_string(int value)
	{
		bool flag = true;
		if (value < 0)
		{
			flag = false;
			value = 0 - value;
		}
		bit::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()
{
	// 在bit::string to_string(int value)函数中可以看到，这里
	// 只能使用传值返回，传值返回会导致至少1次拷贝构造(如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷
	贝构造)。
	bit::string ret1 = bit::to_string(1234);
	bit::string ret2 = bit::to_string(-1234);
	return 0;
}

右值引用和移动语义解决上述问题：

在 bit::string 中增加移动构造， 移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来，占位已有，那么就不 用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己 。

// 移动构造
string(string&& s)
	:_str(nullptr)
	, _size(0)
	, _capacity(0) {
	cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;
	swap(s);
}
int main()
{
	bit::string ret2 = bit::to_string(-1234);
	return 0;
}

 再运行上面bit::to_string的两个调用，我们会发现，这里没有调用深拷贝的拷贝构造，而是调用了移动构造，移动构造中没有新开空间，拷贝数据，所以效率提高了。

不仅仅有移动构造，还有移动赋值：

在 bit::string 类中增加移动赋值函数，再去调用 bit::to_string(1234) ，不过这次是将

bit::to_string(1234) 返回的右值对象赋值给 ret1 对象，这时调用的是移动构造。

// 移动赋值
string& operator=(string&& s) {
	cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;
	swap(s);
	return *this;
}
int main()
{
	bit::string ret1;
	ret1 = bit::to_string(1234);
	return 0;
}
// 运行结果：
// string(string&& s) -- 移动语义
// string& operator=(string&& s) -- 移动语义

 这里运行后，我们看到调用了一次移动构造和一次移动赋值。因为如果是用一个已经存在的对象接收，编译器就没办法优化了。bit::to_string函数中会先用str生成构造生成一个临时对象，但是我们可以看到，编译器很聪明的在这里把str识别成了右值，调用了移动构造。然后在把这个临时对象做为bit::to_string函数调用的返回值赋值给ret1，这里调用的移动赋值。

STL中的容器都是增加了移动构造和移动赋值： 

string::string - C++ Reference

vector::vector - C++ Reference

5.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析

template<class _Ty>
inline typename remove_reference<_Ty>::type&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{
	// forward _Arg as movable
	return ((typename remove_reference<_Ty>::type&&)_Arg);
}
int main()
{
	bit::string s1("hello world");
	// 这里s1是左值，调用的是拷贝构造
	bit::string s2(s1);
	// 这里我们把s1 move处理以后, 会被当成右值，调用移动构造
	// 但是这里要注意，一般是不要这样用的，因为我们会发现s1的
	// 资源被转移给了s3，s1被置空了。
	bit::string s3(std::move(s1));
	return 0;
}

void push_back(value_type&& val);
int main()
{
	list lt;
	bit::string s1("1111");
	// 这里调用的是拷贝构造
	lt.push_back(s1);
	// 下面调用都是移动构造
	lt.push_back("2222");
	lt.push_back(std::move(s1));
	return 0;
}
运行结果：
// string(const string& s) -- 深拷贝
// string(string&& s) -- 移动语义
// string(string&& s) -- 移动语义

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
// 模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。
// 模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力，
// 但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值，
// 我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性, 就需要用我们下面学习的完美转发
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t) {
	Fun(t);
}
int main()
{
	PerfectForward(10);           // 右值
	int a;
	PerfectForward(a);            // 左值
	PerfectForward(std::move(a)); // 右值
	const int b = 8;
	PerfectForward(b);      // const 左值
	PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
	return 0;
}

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
// std::forward(t)在传参的过程中保持了t的原生类型属性。
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t) {
	Fun(std::forward(t));
}
int main()
{
	PerfectForward(10);           // 右值
	int a;
	PerfectForward(a);            // 左值
	PerfectForward(std::move(a)); // 右值
	const int b = 8;
	PerfectForward(b);      // const 左值
	PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
	return 0;
}

template<class T>
struct ListNode
{
	ListNode* _next = nullptr;
	ListNode* _prev = nullptr;
	T _data;
};
template<class T>
class List
{
	typedef ListNode Node;
public:
	List()
	{
		_head = new Node;
		_head->_next = _head;
		_head->_prev = _head;
	}
	void PushBack(T&& x)
	{
		//Insert(_head, x);
		Insert(_head, std::forward(x));
	}
	void PushFront(T&& x)
	{
		//Insert(_head->_next, x);
		Insert(_head->_next, std::forward(x));
	}
	void Insert(Node* pos, T&& x)
	{
		Node* prev = pos->_prev;
		Node* newnode = new Node;
		newnode->_data = std::forward(x); // 关键位置
		// prev newnode pos
		prev->_next = newnode;
		newnode->_prev = prev;
		newnode->_next = pos;
		pos->_prev = newnode;
	}
	void Insert(Node* pos, const T& x)
	{
		Node* prev = pos->_prev;
		Node* newnode = new Node;
		newnode->_data = x; // 关键位置
		// prev newnode pos
		prev->_next = newnode;
		newnode->_prev = prev;
		newnode->_next = pos;
		pos->_prev = newnode;
	}
private:
	Node* _head;
};
int main()
{
	List lt;
	lt.PushBack("1111");
	lt.PushFront("2222");
	return 0;
}