走进c++0x,体验不一样的c++

好吧，之前我错误的认为c++0x就是添加了一些大多数人不懂的语法，比如bind，lambda，或者是一些使用起来可有可无的特性，比如auto，或者是可以通过具体代码方式来避免的，比如move。

不过阅读了漫话c++0x系列文章，我发现c++0x真的是一门新的语言，并且是足够漂亮的新语言。说实话，我们平时写代码确实不会遇到什么复杂的语法（如果自己写了自以为很炫，但是别人都看不懂的语句，就自行面壁去）。c++一些容易产生bug或者是非常难以理解的东西应该是我们尽量去避免的（比如，多继承和模板），模板不是不可以用，而是应该限定到非常有限的地方。

但是随着c++0x的普及（各主流编译器都已经支持），学习使用c++新语法就变得非常有必要了。通过下面介绍的一些特性，我们的代码可以变得更加简洁，从而可以使我们的代码更加容易阅读（无论是对他人而言，还是对自己而言）。

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一、auto用来声明变量

把这个列在第一位是因为这个是使用最广泛并且最容易被使用的。它最常见的地方就是容器遍历，请看下面的代码：

// c++98
std::map< std::string, std::vector<int> > mp;
for (std::map< std::string, std::vector<int> >::iterator i = mp.begin(); i != mp.end(); ++i)
{
    /// traverse the map
}

// c++0x
std::map< std::string, std::vector<int> > mp;
for (auto i = mp.begin(); i != mp.end(); ++i)
{
    /// traverse the map
}

二、for循环新的遍历方式（像java一样的遍历方式）

// c++98
std::vector< int> v;
for (std::vector< int>::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i)
{
    /// use iterator i to operate the element in v
}

// c++0x
std::vector< int> v;
for (int num: v) /// for (auto num: v) is also OK
{
    /// num is the element in v
}
 
std::vector< int> v;
for (int & num: v) /// for (auto & num: v)  is also OK
{
    /// num is the reference of the element in v
}

三、统一初始化的语法，C++0x中，所有的初始化都可以用{}来完成了，达到了真正意义上的统一，语法也十分简洁。这里有一点需要注意，在C++0x的的统一初始化逻辑中，参数的个数可以少于成员，但不能多于，如果少于的话，没初始化的成员通过缺省的方式初始化

/// c++98中，各种形式的初始化
const int x(5);           ///< 直接初始化
const int y = 5;          ///< copy构造初始化
int arr[] = {1, 2, 3};    ///< 大括号初始化
struct Point{int x, y;};
const Point p = {1, 2};   ///< 大括号初始化
class PointX
{
public:
    PointX(int x, int y);
private:
    int x, y;
};
const PointX px(1, 2);    ///< 构造函数初始化
std::vector< int> vec(arr, arr+3); ///< 从别的容器初始化

/// c++98中，不能初始化的情况
class Foo
{
public:
    Foo() : data(???) {} ///< 不能在这里初始化数组
private:
    int data[3];
};
int * data = new int[3]; ///< 不能在这里初始化堆上内存

/// 与上面c++98中能初始化的例子相对应
int x {1};
int y {2};
int arr[] {x, y, 3};
struct Point {int x, y;};
Point p {1, 2};
class PointX
{
public:
    PointX(int x, int y);
private:
    int x, y;
};
PointX px {1, 2};
std::vector< int> vec {1, 2, 3};
 
/// 与上面C++98中不能初始化的例子相对应
class Foo
{
public:
    Foo() : data {1,2,3} {}
private:
    int data[3];
};
int * data = new int[3] {1, 2, 3};

除了上面介绍这些，还有一些更酷的写法

void Func(const std::vector< int>& v);
Func({1, 2, 3, 4, 5});
Point MakePoint() { return { 0, 0 }; }

四、function 其实就是boost::function，最常见的用途就是实现函数回调，并且function是可以像对象一样被用作参数或是被保存到容器中，这个是相对大一些的内容，细节请自行google，简单示例如下

#include < functional>
 
std::function< size_t(const char*)> print_func;
 
/// normal function -> std::function object
size_t CPrint(const char*) { ... }
print_func = CPrint;
print_func("hello world"):
 
/// functor -> std::function object
class CxxPrint
{
public:
    size_t operator()(const char*) { ... }
};
CxxPrint p;
print_func = p;
print_func("hello world");

五、bind 其实就是boost::bind，一般和function配合起来使用，用来替代原来stl中丑陋的bind1st和bind2nd，示例如下

#include < functional>
 
int Func(int x, int y);
auto bf1 = std::bind(Func, 10, std::placeholders::_1);
bf1(20); ///< same as Func(10, 20)
 
class A
{
public:
    int Func(int x, int y);
};
 
A a;
auto bf2 = std::bind(&A::Func, a, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
bf2(10, 20); ///< same as a.Func(10, 20)
 
std::function< int(int)> bf3 = std::bind(&A::Func, a, std::placeholders::_1, 100);
bf3(10); ///< same as a.Func(10, 100)

六、lambda 一般说到匿名函数或者闭包（closure）就是跟这个东西有关了，这个比上面两个东西更加“高级”了些，但是同样的概念在其他语言中是非常常见的基本语法。

无论是python，lua，还是java，objective－c匿名函数都非常常用。 示例如下：

vector< int> vec;
/// 1. simple lambda
auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [](int i) { return i > 50; });
class A
{
public:
    bool operator(int i) const { return i > 50; }
};
auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), A());
 
/// 2. lambda return syntax
std::function< int(int)> square = [](int i) -> int { return i * i; }
 
/// 3. lambda expr: capture of local variable
{
    int min_val = 10;
    int max_val = 1000;
 
    auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [=](int i) {
        return i > min_val && i < max_val; 
        });
 
    auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [&](int i) {
        return i > min_val && i < max_val;
        });
 
    auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [=, &max_value](int i) {
        return i > min_val && i < max_val;
        });
}
 
/// 4. lambda expr: capture of class member
class A
{
public:
    void DoSomething();
 
private:
    std::vector<int>  m_vec;
    int               m_min_val;
    int               m_max_va;
};
 
/// 4.1 capture member by this
void A::DoSomething()
{
    auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [this](int i){
        return i > m_min_val && i < m_max_val; });
}
 
/// 4.2 capture member by default pass-by-value
void A::DoSomething()
{
    auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [=](int i){
        return i > m_min_val && i < m_max_val; });
}
 
/// 4.3 capture member by default pass-by-reference
void A::DoSomething()
{
    auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [&](int i){
        return i > m_min_val && i < m_max_val; });
}

把上面三点结合起来使用，C++将会变得非常强大，有点函数式编程的味道了。对于用bind来生成function和用lambda表达式来生成function, 通常情况下两种都是ok的，但是在参数多的时候,bind要传入很多的std::placeholders，而且看着没有lambda表达式直观，所以通常建议优先考虑使用lambda表达式。

七、thread mutex和condition_variable 多线程相关内容终于标准化了，多线程的代码也不会再有一大堆＃ifdef 来区分不同平台了。 使用起来也很方便（就是boost::thread）

1、thread

#include < iostream>
#include < string>
#include < thread>
 
class Printer
{
public:
    void Print(int id, std::string& name)
    {   
        std::cout < < "id=" << id << ", name=" << name;
    }   
};
 
void Hello()
{
    std::cout << "hello world" << std::endl;
}
 
int main()
{
    Printer p;
    int id = 1;
    std::string name("xiao5ge");
 
    std::thread t1(&Printer::Print, p, id, name);
    std::thread t2(std::bind(&Printer::Print, p, id, name));
    std::thread t3([&]{ p.Print(id, name); }); 
    std::thread t4(Hello);
 
    t4.join();
    t3.join();
    t2.join();
    t1.join();
}

2、mutex

#include < mutex>
 
// global vars
int data = 0;
std::mutex data_mutex;
 
// thread 1
{
    std::lock_guard< std::mutex> locker(data_mutex);
    data = 1;
}
 
// thread 2
{
    std::lock_guard< std::mutex> locker(data_mutex);
    data = 2;
}

3、condition_variable 条件变量其实就是实现这么一个效果，如果变量不为真，则线程挂起，如果为真，则线程唤醒。

// global
std::atomic< bool> is_finish(false);
std::mutex finish_mutex;
std::condition_variable finish_cond;
 
// thread 1
{
    std::unique< std::mutex> locker(finish_mutex);
 
    // 1. loop wait
    while (!is_finish)
    {   
        finish_cond.wait(locker);
    }   
 
    // 2. wait until prediction is true, loop inside
    finish_cond.wait(locker, []{ return is_finish; }); 
 
    // 3. wait until eithor prediction is true or timeout
    finish_cond.wait(locker, std::chrono::seconds(1),
            []{ return is_finish; }); 
}
 
// thread 2
{
    is_finish = true;
 
    // 1. notify one of the waiter
    finish_cond.notify_one();
 
    // 2. notify all the waiter
    finish_cond.notify_all();
}

关于条件变量的补充：

a、condition_variable: 用在std::unique_lock< std::mutex>上wait, 比较高效。condition_variable_any: 可以用在任意mutex上wait, 比较灵活，但效率比condition_variable差一些。

b、关于wait，有三种基本的用法：第1种是在指定的条件上循环等待，直到条件为真notify时才会继续执行后面的逻辑；第2种用法语义上和第1种是一样的，但是不是用户做显式的loop等待，用户传入一个需要满足的条件的closure, wait一直等到这个条件为真被notify时才会返回继续执行下面的逻辑，可以理解为这时候，在wait内部有一个loop；第3 种用法，加了一个超时的语义，wait一直等到条件为真或者超时，被notify时才会返回继续执行下面的逻辑。

c、关于notify, 有两种：第1种是notify_one, 只唤醒一个在wait的线程; 第2种是notify_all，唤醒所有在wait的线程，相当于一个broadcast的语义

八、一些小的修改：

1、“>>”可以做为嵌套模板的闭合端，不需要显式的加空格

std::vector< std::list<int>> vi1;  /// fine in C++0x, error in C++98
std::vector< std::list<int> > vi2; /// fine in C++0x and C++98

2、新增加空指针类型nullptr。 这个主要是因为NULL的宏定义无法区分是指针还是整型，那么重载或者模板推倒时就会出现错误。其他情况下nullptr与NULL相同。

3、unicode的支持，新增加char16_t和char32_t类型

'x'   /// char 'x'
L'x'  /// wchar_t 'x'
u'x'  /// char16_t 'x', UCS-2
U'X'  /// char32_t 'x' UCS-4
 
/// std::basic_string typedefs for all character types:
std::string s1;    /// std::basic_string< char>
std::wstring s2;   /// std::basic_string< wchar_t>
std::u16string s3; /// std::basic_string< char16_t>
std::u32string s4; /// std::basic_string< char32_t>

4、原字符串的支持(raw string)，等同于python中的r“xxxx”，在这个字符串中\r\n这样的转义字符不再被转义。

// c++98
std::string noNewlines("(\\n\\n)");
std::string cmd("(ls /home/docs | grep \".pdf\")");

// c++0x
std::string noNewlines(R"(\n\n)");
std::string cmd(R"(ls /home/docs | grep ".pdf")");

raw string的分隔符可以灵活指定,用户可以指定各种各样的分隔符，原则就是不跟raw string text中的字符不相冲突即可，例如下面的例子

std::regex re1(R"!("operator\(\)"|"operator->")!"); /// "operator()"| "operator->"
std::regex re2(R"xyzzy("\([A-Za-z_]\w*\)")xyzzy");  /// "(identifier)"

5、变参模板，模板参数可以像printf一样变参了，不过我模板用的较少，感觉会用到这个的情况也不多，就不多介绍了。