C++17特性一览:看完就能掌握

发表时间: 2022-08-16 18:00

作者:taoklin,腾讯WXG后台开发

一、简单特性

1. namespace 嵌套

C++17使我们可以更加简洁使用命名空间:

2. std::variant 升级版的C语言Union

在C++17之前,通常使用Union来定义一个可以存储不同类型的变量,现在可以通过std::variant<T1,T2,...> 来定义一个可以存储不同类型的新变量。

std::variant优势在于:①存储了变量的类型信息,更安全;②可以存储复杂对象,更好用。

用法如下

3. [[fallthrough]] 显式说明某个switch分支无需break

如果在写代码时遇到在swtich语句中需要执行完case 1,继续执行case 2的情况,可以使用[[fallthrough]],此时编译器会忽略此处break语句检查,还能显式的告知Code Reviewer 此处是有意不写break语句

用法如下:

4. [[nodiscard]] 显式说明不能忽略函数返回值

如果我们编写的某个函数不希望调用时忽略它的返回值,那么可以在函数声明处,使用[[nodiscard]]修饰这个函数。

用法如下:

二、std::optional 更优雅地编写可能无返回结果的函数

用法:

使用std::optional<T>来修饰函数返回值,表明这个函数可能不会返回值,T代表原有的返回类型。具体使用方法见示例函数TestOptionalInt

用途:

过去当我们编写一个获取目标值的函数时,如果这个函数在某些情况下不能返回目标值,那么我们就必须通过两个参数去获得目标值:一个参数来表明是否存在目标值,另一个参数返回目标值;或者是在函数无返回值时抛出异常。下面以FindUserName函数来展示C++17之前的几种实现途径。

引入C++17的std::optional<T>,我们可以更优雅更安全的编写FindUserName函数。

三、std::string_view 字符串视图

用法:

C++17引入的std::string_view来协助程序员更高效的使用只读字符串,初始化std::string_view时需要传入已有的字符串。作为函数参数时只使用值拷贝形式,即std::string_view;不要引用字符串视图,即:std::string_view&

std::string_view本质上是持有一个字符串的指针,因此需要保证:①被持有的字符串生命周期比std::string_view变量长;②被持有的字符串在std::string_view变量生命周期结束之前,保持不变。

用途:

当遇到需要使用只读字符串,尤其是传入只读字符串作为函数参数时,优先使用std::string_view。在以下两个场景使用string_view比使用 const string&更好。

适用场景1:可能传入只读C风格字符串参数时

C风格字符串是指: const char* str = "C风格字符串"

char* str = "C风格字符串"

char[] str_array = "C风格字符串"

以一个字符串打印函数StringDisplay为例,下面的代码是常规的编写方法。

如果我们在函数中使用const std::string&类型的输入参数,当我们传入C风格字符串时,那么首先要生成一个string对象,此时带来了额外的拷贝操作。如果我们要避免这样的情况发生,那么我们就必须把入参设置为const char*类型,但是这是C风格字符串类型,调用此类函数是很麻烦的,如下所示:

但如果我们使用std::string_view,那么这些问题都可以解决,如下面的代码所示:

适用场景2:要进行string.substr()操作时:

对字符串进行处理是一个很常见的业务场景,如果我们需要从字符串中提取某些字段,使用std::string_view是一个非常好的选择。

以一个字符串分割函数StringSplit为例,下面代码是常规编写方法:

在上述代码中,每分割完一次字符串,都需要把已经分割完的部分去掉,但是我们不能改变原字符串,因此只能拷贝一个新的字符串传入下一次递归中。但是如果使用字符串视图:std::string_view,那么可以改变字符串视图然后传入下一次递归中,因为改变字符串视图是不会改变原字符串的,从而避免一次了字符串拷贝,代码示例如下:

不适用场景:函数内部要调用C风格字符串为参数的子函数

std::string_view 并不是完美的,大部分时候,我们都可以使用std::string_view 替代const std::string&,我们可以把std::string_view理解成,一种同时拥有C语言的const char*的指针拷贝成本和 C++语言中std::string类大部分api的类型。但与std::string相比,std::string_view不提供c_str()函数,因为std::string_view具有以下缺点:

四、if constexpr:按条件编译

用法:

if constexpr语句是编译期的if判断语句,if constexpr要求后面的判断条件是一个编译期可以确定的常量。

用途:

用于编写需要进行编译期判断的函数,简化模版函数的书写。

适用场景1:简化模版偏特化的写法

编写模版函数时,有时需要对某些类型进行特殊处理,此时就需要写模板偏特化函数。比如下列代码展示的Convert函数的例子:

在C++17里面,可以直接简化成一个函数:

适用场景2:编写变参模版函数

在C++17之前,如果要编写一个变参模板函数,那么必须额外写一个函数处理入参数量最少时候的特例,下面以Sum函数为例:

在C++17中,可以这样编写:

使用场景3:替代enable_if

编写模板函数时,经常要使用enable_if语句来进行静态类型检查,保证模板输入的类型满足某种要求,例如在下列的判断一个数是奇数还是偶数的IsOdd函数中,该函数通过enable_if语句限定了输入类型只能是整数。

使用C++17可以使用更易懂的方法实现编译期类型检查:

错误用法:

if constexpr语句中,不能将else分支移到判断语句外面,例如下列的判断是不是整数的Convert函数的编写方法就是错误的。

五、if及switch初始化语句

用法:

c++17支持在if和switch的判断语句之前增加一个初始化语句,可以用来初始化作用域仅为if或switch语句内的变量,有助于提升代码的可读性和正确性。

用途:

    • 当遇到需要在if语句前,声明一个临时变量用于这个if语句块中,且仅仅用于该if语句块内,可以使用if和switch初始化语句提升代码可读性
    • 在使用lock/iterator等涉及并发/RAII的类型变量时,更好的保证程序正确性。

适用场景:

六、结构化绑定

用法:

    • 值拷贝方式绑定:

auto [key, value] = std::make_pair<int, std::string>(1, "名字");

    • 左值引用方式绑定:

auto& [key, value] = std::make_pair<int, std::string>(1, "名字");

    • 右值引用方式绑定,支持移动语意:

auto&& [key, value] = std::make_pair<int, std::string>(1, "名字");

用途:

    • 绑定结构体和类(只能绑定当前类型的数据,父类或子类数据都不能绑定,并且类内成员变量全都为public属性
    • 绑定原生数组
    • 绑定std::pairstd::tuplestd::array

七、其他特性

以下特性仅做记录,个人观点不是非常推荐使用。

1.构造函类型推导:模板类初始化可以不显示指定类型

在C++17之前,模版类的构造函数在调用时必须指明类型,不能进行隐式类型推导;但是调用普通模版函数时是可以不显式指明类型的,这是因为普通模板函数可以进行隐式类型推导,下面代码以pairtuplevector为例展示了这一现象:

在C++17之后,模板类的构造函数也可以进行隐式类型推导:

个人观点:构造函数中进行隐式类型推导,这会让人担忧可能存在难以发现的类型推导错误。下面的例子里,程序员原意是新建一个std::pair<int, std::string>类型,但是编译器自动推导出的是std::pair<int, const char*>类型。

这段代码最后会输出error type。以上代码是笔者使用CLion编译器时的截图,但是如果使用笔者常用的Vs Code编辑器,并不能像使用CLion实时获知int_string_pair_aint_string_pair_c这两个变量的隐式类型推导结果与程序员原意不符。

2. std::any 可以存任意可拷贝类型变量的容器

C++17使用了std::any来替代C语言中的void*std::any有以下优点

      • 存储类型信息,更安全。std::any_cast是一种安全的类型转换。
      • 像STL容器一样,析构时会自动析构容器内的对象。

用法如下所示:

个人观点:使用std::any变量,意味着可能存在动态类型识别,这让人没有安全感。