【C++杂货铺】C++11特性总结：列表初始化 | 声明 | STL的升级

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;
}

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;
}

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
}

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;
}

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 中给大家介绍过了，其他的容器大家了解一下即可。

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;
}

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;
}

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！