【C++杂货铺】C++11特性总结：列表初始化 | 声明 | STL的升级

ゞ浴缸里的玫瑰 2024-02-21 09:31 17阅读 0赞

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#### **文章目录** ####

*  一、C++11简介
 *  二、统一的列表初始化
 *   *  2.1 \{ \} 初始化
     *  2.2 列表初始化在内置类型上的应用
     *  2.3 列表初始化在内置类型上的应用
     *  2.4 initializer\_list
     *   *  2.4.1 \{1, 2, 3\} 的类型
         *  2.4.2 initializer\_list 使用场景
         *  2.4.3 模拟实现的 vector 中的 \{ \} 初始化和赋值
 *  三、声明
 *   *  3.1 auto
     *   *  3.1.1 auto使用细则
         *  3.1.2 不能使用auto的场景
     *  3.2 decltype
     *  3.3 nullptr
 *  四、STL中的一些变化
 *  五、结语

## 一、C++11简介 ##

在 2003 年 C++ 标准委员会曾经提交了一份技术勘误表（简称 TC1），使得 C++03 这个名字已经取代了 C++98，成为 C++11 之前的最新 C++ 标准名称，不过由于 C++03（TC1）主要是对 C++98 标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯性的把两个标准合并称为 C++98/03 标准。从 C++0x 到 C++11，C++ 标准十年磨一剑，第二个真正意义上的标准姗姗来迟。相比于 C++98/03，C++11 则带来了数量客观的变化，其中包含了约 140 个新特性，以及对 C++03 标准中约 600 个缺陷的修正，这使得 C++11 更像是从 C++98/03 中孕育出的一种新语言。相比较而言，C++11 能更好的用于系统开发和库开发、语法更加泛化和简单化、更加安全和稳定，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用的比较多，所以我们要作为一个重点去学习。C++11 增加的语法特性篇幅非常多，没办法一一为大家讲解，所以我会挑一些实际中比较实用的语法分享给大家。

**小故事**：  
1998 年是 C++ 标准委员会成立的第一年，本来计划以后每五年更新一次标准，C++ 国际标准委员会在研究 C++03 的下一个版本的时候，一开始计划是 2007 年发布，所以最初这个标准叫 C++07。但是到 2006 年的时候，官方觉得 2007 年肯定完不成 C++07，而且官方觉得 2008 年可能也完不成。最后干脆叫 C++0x。x 的意思是不知道到底能在 07 还是 08 还是 09 年完成。结果 2010 年的时候也没完成，最后在 2011 年终于完成了新的 C++ 标准，所以最终定名为 C++11。

## 二、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化。如下：

struct Point
    {
        
    	int _x;
    	int _y;
    };
    
    int main()
    {
        
    	int arrya1[] = {
         1, 2, 3, 4 };//列表初始化，初始化数组
    	int array2[5] = {
         0 };//列表初始化，初始化数组
    	Point p = {
         1, 2 };//列表初始化，初始化结构体元素
    	Point array3[] = {
         {
        1, 2}, {
        3, 4}, {
        5, 6} };//列表初始化，初始化结构体数组
    	return 0;
    }

### 2.2 列表初始化在内置类型上的应用 ###

C++11 扩大了用大括号括起来的列表（初始化列表）的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可以添加等号（=），也可以不添加。（建议在使用的过程中别去掉等号）

struct Point
    {
        
    	int _x;
    	int _y;
    };
    
    int main()
    {
        
    	int arrya1[] = {
         1, 2, 3, 4 };
    	int array2[5] = {
         0 };
    	Point p = {
         1, 2 };
    	Point array3[] = {
         {
        1, 2}, {
        3, 4}, {
        5, 6} };
    
    	//C++11 中列表初始化应用在内置类型上
    	int x1 = 10;
    	int x2 = {
         20 };
    	int x3{
         30 };//不带等号
    
    	//C++11 中列表初始化也可以适用于 new 表达式中
    	int* p1 = new int[5]{
        100};
    	return 0;
    }

### 2.3 列表初始化在内置类型上的应用 ###

创建对象时也可以使用列表初始化的方式来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 };//这里本质上是 C++11 实现了多参数的构造函数支持隐式类型转换
    	return 0;
    }

**小Tips**：如果在 Date 类的构造函数前面加上 `explicit` 关键词进行修饰，那么 `Date d3 = { 2022, 1, 3 };` 就会出现编译报错，因为这条语句本质上是因为 C++11 中实现了多参数的构造函数支持隐式类型转换。`Date d2{ 2022, 1, 2 };` 没事，任然可以正常运行。

void Test()
    {
        
    	//Date& d1 = { 2003, 10, 18 };//(错误)隐式类型转换的过程中会产生临时的中间变量，这个中间变量具有常性
    	const Date& d1 = {
         2003, 10, 18 };//(正确)
    }

### 2.4 initializer\_list ###

#### 2.4.1 \{1, 2, 3\} 的类型 ####

int main()
    {
        
    	auto il = {
         1, 2, 3 };
    	cout << typeid(il).name() << endl;
    	return 0;
    }

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#### 2.4.2 initializer\_list 使用场景 ####

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了 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，这样就可以用大括号赋值。

int main()
    {
        
    	vector<int> v = {
         1,2,3,4 };//调用vector中形参为 initializer_list 的构造函数
    	list<int> lt = {
         1,2 };//调用list中形参为 initializer_list 的构造函数
    	// 这里{"sort", "排序"}会先初始化构造一个pair对象
    	map<string, string> dict = {
         {
        "sort", "排序"}, {
        "insert", "插入"} };
    	// 使用大括号对容器赋值
    	v = {
         10, 20, 30 };//调用vector中形参为 initializer_list 的赋值运算符重载函数
    
    	Date d1 = {
         2003, 4, 5 };//这里是直接调用两个参数的构造函数 --- 隐式类型转换
    
    	return 0;
    }

**小Tips**：需要注意，上面代码中创建 Date 类型的对象 d1，本质上是隐式类型的转换。vector、list、map 都是容器，它们存储的数据个数可多可少，并不确定，所以它们都提供了形参为 initializer\_list 的构造函数，这样就方便我们将任意数量的元素存到容器中。而 Date 作为一个日期类对象，它的三个成员变量是固定的，所以不需要提供形参为 initializer\_list 的构造函数。因此上面创建 d1 本质上是隐式类型转换。同理，dict 是一个 map 类型的容器，它里面存的每个元素都是一个 pair，因此先要构建一个 pair 类型的对象，`{"sort", "排序"}` 本质上也是通过多参数构造函数的隐式类型转换去构造一个 pair 对象。总结，在创建 dict 对象的时候，先通过隐式类型转换去构建一个 pair 类型的对象，再通过列表初始化去穿件 map 类型的对象 dict。

#### 2.4.3 模拟实现的 vector 中的 \{ \} 初始化和赋值 ####

//用列表初始化的构造函数
    vector(initializer_list<T> lt)
    {
        
    	reserve(lt.size());//一次性开好，避免push_back中多次调用，提高斜率
    
    	for (auto e : lt)
    	{
        
    		push_back(e);
    	}
    }

//用列表进行赋值
    vector<T>& operator=(initializer_list<T> il)
    {
        
    	vector<T> tmp(il);
    
    	swap(tmp);
    
    	return *this;
    }

## 三、声明 ##

C++11 提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

### 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<string, string> dict = {
         {
        "sort", "排序"}, {
        "insert", "插入"} };
    	//map<string, string>::iterator it = dict.begin();
    	auto it = dict.begin();
    	return 0;
    }

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#### 3.1.1 auto使用细则 ####

**auto与指针和引用结合起来使用**：用auto声明指针类型时，用auto和aauto\*没有任何区别，但是auto声明引用类型时，必须要加&，如下，如果c不加&的话，就是x的一份拷贝。

int main()
    {
        
    	int x = 10;
    	auto a = &x;//根据右边推出，a是一个指针类型
    	auto* b = &x;//右边必须是一个地址，因为前面加了*
    	auto& c = x;//引用必须要加&
    }

**在同一行定义多个变量**：当在同一行声明多个变量的时候，这些变量必须是相同的类型，否则编译器会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

int main()
    {
        
    	auto a = 10, b = 30;
    	auto c = 60, d = 1.1;//该行编译失败，c和d的初始化类型不同
    }

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#### 3.1.2 不能使用auto的场景 ####

*  **auto不能作为函数的参数**

//错误，编译器无法对x的实际类型进行推导
    void Text(auto x)
    {
        }

*  ·**auto不能直接用来声明数组**

void Text()
    {
        
    	//auto arr[] = { 1, 2, 3 };//错误写法，请勿模仿
    	int arr[] = {
        1, 2, 3}//这才是正确写法
    }

**小Tips**：auto在实际中常被用在：基于范围的for循环中、还有lambda表达式中、其次就是一些非常非常长的类型，也会用auto进行替换。

### 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');
    	map<decltype(x), decltype(&x)> mp;//做模板实参
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][9fead5a9e57942f78a9382b8fdc3b91a.png_pic_center]  
**小Tips**：decltype(x) 与 typeid(x).name() 的区别在于，前者获取到 x 的类型后，可以在后面紧接着去定义一个和 x 类型相同的变量，或者将该类型作为模板的实参。而后者只能获取到 x 的类型，将其以字符串的形式打印出来，不能在其后面接着定义变量。

### 3.3 nullptr ###

由于 C++ 中 NULL 被定义成字面量0，这样就可能会带来一些问题，因为0既能表示指针常量，又能表示整型常量。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

## 四、STL中的一些变化 ##

C++11 新增了一些容器。用橘色圈起来的就是 C++11 中的一些几个新容器，但是实际最有用的是 unordered\_set 和 unordered\_map。这个在[【C++杂货铺】一文带你走进哈希][C] 中给大家介绍过了，其他的容器大家了解一下即可。  
![在这里插入图片描述][6a602e8ea49b461ea8e92b218f12245c.png_pic_center]  
**array**：是一个静态数组。即它可以存储多少数据是在定义该 arrary 对象的时候就确定好的，它和我们自己定义的数组区别在于，他对越界的检查十分严格。

int main()
    {
        
    	int ar1[10];
    	array<int, 10> ar2;
    
    	ar1[15] = 1;
    
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][3dd8c614d2014b7fbcff1aeefa113b9c.png_pic_centr]  
可以看出，对于我们自己定义的数组，越界访问程序可能不会报错，任然可以正常退出。因为 `ar1[15] = 1` 本质上是对指针的解引用，即 `*(ar1 + 15) = 1`。

int main()
    {
        
    	int ar1[10];
    	array<int, 10> ar2;
    
    	ar2[15] = 1;
    
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][faa02d8187854a968c5a717f66c98f3d.png_pic_center]  
对 array 对象越界访问，最终程序崩溃了。因为这里 `ar2[15] = 1` 本质上是去调用 operator\[ \] 这个函数，该函数内部进行了检查，所以一旦越界访问，程序就会崩溃。总之，array 这个容器提供出来多少显得有一点鸡肋，更多情况下大家还是更喜欢用 vector。

**forward\_list**：是一个单链表，只支持单向迭代器，并且只支持头插和头删。尾删因为要找前一个结点，效率会比较低，它的 insert 也是在当前结点的后面进行插入。

**容器中的一些新方法**：再仔细的去看可以发现基本每个容器中都增加了一些 C++11 的方法，但是其实还有很多都是用的比较少的。

*  比如，提供了 cbegin 和 cend 方法返回 const 迭代器等等，但是实际意义并不大，因为 begin 和 end 也是可以返回 const 迭代器的，这些都属于锦上添花的操作。
 *  其次，所有的容器都新增了\{\}列表初始化的构造函数，这一点用途还是蛮大的。
 *  所有的容器都提供了 emplace 系列的接口，这个接口可以提高插入的性能。这里还涉及两个其他的知识点：右值引用和模板的可变参数，将在后面的文章中为大家讲解。其次，C++11 中对 push\_back 接口进行了升级，新增了形参为右值引用的版本，这也使得插入的性能得以提升。
 *  并且 C++11 中还新增了移动构造和移动赋值，这让深拷贝的性能提升了 90%。

## 五、结语 ##

今天的分享到这里就结束啦！如果觉得文章还不错的话，可以三连支持一下，[春人的主页][Link 1]还有很多有趣的文章，欢迎小伙伴们前去点评，您的支持就是春人前进的动力！

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