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发布于 2021-07-24 17:17
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C++20的四大新特性,你值得拥有

概念(concept)

使用模板进行通用编程的关键思想是定义能通过各种类型(type)使用的函数和类。但是,在实例化模板时经常会出现用错类型的问题,其结果通常是几页难懂的报错信息。

现在概念来了,这个问题可以休矣。概念让你能为模板编写要求,而编译器则可以检查这个要求。概念革新了我们思考和编写通用代码的方式。原因如下:

模板的要求是接口的一部分;
类模板中的函数重载或特殊化可以基于概念进行;
因为编译器能够比较模板参数的要求与实际的模板参数,所以能得到更好的报错信息。
但是,这还不是全部。
推荐一个C++新特性地址:C++11/14/17/20/23新特性

你可以使用预定义的概念,也可以定义你自己的概念;
auto 和概念的用法统一到了一起。你可以不使用 auto,而是使用概念;
如果一个函数声明使用了一个概念,那么它会自动变成一个函数模板。由此,编写函数模板就变得与编写函数一样简单。
下面的代码片段展示了一个简单概念 Integral 的定义和使用方式:

template<typenameT>conceptboolIntegral(){
    returnstd::is_integral<T>::value;
}

Integralautogcd(Integralautoa,Integralautob){
    if(b==0)returna;elsereturngcd(b,a%b);
}

Integral 这个概念需要 std::is_integral<t>::value 中的类型参数 T。std::is_integral<t>::value 这个函数来自 type-traits 库,它能在 T 为整数检查编译时间。如果 std::is_integral<t>::value 的值为 true,则没有问题。如果不为 true,则你会收到一个编译时间报错。</t></t></t>

gcd 算法是基于欧几里德算法确定最大公约数(greatest common divisor)。我使用了这个缩写函数模板句法来定义 gcd。gcd 要求其参数和返回类型支持概念 Integral。gcd 是一类对参数和返回值都有要求的函数模板。当我删除这个句法糖(syntactic sugar)时,也许你能看到 gcd 的真正本质。

下面这段代码在语义上与 gcd 算法等效:

template<typenameT>requiresIntegral<T>()Tgcd(Ta,Tb){
    if(b==0)returna;elsereturngcd(b,a%b);
}

如果你还没看到 gcd 的真正本质,过几周我还会专门发布一篇介绍概念的文章。

范围库(Ranges Library)

范围库是概念的首个客户。它支持的算法满足以下条件:

可以直接在容器上操作;无需迭代器指定一个范围;
可以宽松地评估;
可以组合。
简单来说:范围库支持函数模式(functional patterns)。

代码可能比语言描述更清楚。下面的函数用竖线符号展示了函数组成:

#include<vector>
#include<ranges>
#include<iostream>
int main(){
    std::vector<int>ints{0,1,2,3,4,5};
    autoeven=[](inti){return0==i%2;};
    autosquare=[](inti){returni*i;};
    for(inti:ints|std::view::filter(even)|std::view::transform(square)){
        std::cout<<i<<'';//0416
    }
}

even 是一个 lambda 函数,其在 i 为偶数时返回;lambda 函数 square 则会将 i 映射为它的平方。其余的必须从左到右读取的第 i 个函数组成:for (int i : ints | std::view::filter(even) | std::view::transform(square)). 将过滤器 even 应用于 ints 的每个元素,然后将其余的每个元素映射为它们的平方。如果你熟悉函数编程,那么这读起来就像一篇散文诗。

协程(Coroutines)

协程是广义的函数,能在保持状态的同时暂停或继续。协程通常用来编写事件驱动型应用。事件驱动型应用可以是模拟、游戏、服务器、用户接口或算法。协程也通常被用于协作式多任务(cooperative multitasking)。

我们这里不介绍 C++20 的具体协程,而会介绍编写协程的框架。编写协程的框架由 20 多个函数构成,其中一部分需要你去实现,另一部分则可能需要重写。因此,你可以根据需求调整协程。

下面展示了一个特定协程的用法。下面的程序使用了一个能产生无限数据流的生成器:

Generator<int>getNext(intstart=0,intstep=1){
    autovalue=start;
    for(inti=0;;++i){
        co_yieldvalue;//1value+=step;
    }
}

int main(){
    std::cout<<std::endl;
    std::cout<<"getNext():";autogen=getNext();
    for(inti=0;i<=10;++i){
        gen.next();//2
        std::cout<<""<<gen.getValue();
    }
    std::cout<<"\n\n";std::cout<<"getNext(100,-10):";
    autogen2=getNext(100,-10);
    for(inti=0;i<=20;++i){
        gen2.next();//3
        std::cout<<""<<gen2.getValue();
    }
    std::cout<<std::endl;
}

必须补充几句。这段代码只是一个代码段。函数 getNext 是一个协程,因为它使用了关键字 co_yield。getNext 有一个无限的循环,其会在 co_yield 之后返回 value。调用 next()(注释的 第 2、3 行)会继续这个协程,接下来的 getValue 调用会获取这个值。在 getNext 调用之后,这个协程再一次暂停。其暂停会一直持续到下一次调用 next()。我的这个示例中有一个很大的未知,即 getNext 函数的返回值 Generator<int>。这部分内容很复杂,后面我在写协程的文章中更详细地介绍。</int>

模块(Module)

模块部分简单介绍一下就好。模块承诺能够实现:

更快的编译时间;
宏的隔离;
表达代码的逻辑结构;
不必再使用头文件(header file);
摆脱丑陋的宏方法。

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