所谓现代 c++,指的是从 c++11 开始的 c++,从 c++11 开始,加入一些比较现代的语言特性和改进了的库实现,使得用 c++ 开发少了很多心智负担,程序也更加健壮,“看起来像一门新语言”。

从 c++11 开始,每 3 年发布一个新版本,到今年(2024)已经有 5 个版本了,分别是 c++11、c++14、c++17、c++20、c++23,这 5 个版本引入了上百个新的语言特性和新的标准库特性。


c++11 新特性

c++11 是一个 major 版本,现代 c++ 开天辟地的版本,有特别多新东西。

新的语言特性[1]:

  • 内存模型——一个高效的为现代硬件设计的底层抽象,作为描述并发的基础

auto 和 decltype——避免类型名称的不必要重复

范围 for——对范围的简单顺序遍历

移动语义和右值引用——减少数据拷贝

统一初始化—— 对所有类型都(几乎)完全一致的初始化语法和语义

nullptr——给空指针一个名字

constexpr 函数——在编译期进行求值的函数

用户定义字面量——为用户自定义类型提供字面量支持

原始字符串字面量——不需要转义字符的字面量,主要用在正则表达式中

属性——将任意信息同一个名字关联

lambda 表达式——匿名函数对象

变参模板——可以处理任意个任意类型的参数的模板

模板别名——能够重命名模板并为新名称绑定一些模板参数

noexcept——确保函数不会抛出异常的方法

override 和 final——用于管理大型类层次结构的明确语法

static_assert——编译期断言

long long——更长的整数类型

默认成员初始化器——给数据成员一个默认值,这个默认值可以被构造函数中的初始化所取代

enum class——枚举值带有作用域的强类型枚举

新的标准库特性[1]:

  • unique_ptr 和 shared_ptr——依赖 RAII 的资源管理指针

内存模型和 atomic 变量

thread、mutex、condition_variable 等——为基本的系统层级的并发提供了类型安全、可移植的支持

future、promise 和 packaged_task,等——稍稍更高级的并发

tuple——匿名的简单复合类型

类型特征(type trait)——类型的可测试属性,用于元编程

正则表达式匹配

随机数——带有许多生成器(引擎)和多种分布

时间——time_point 和 duration

unordered_map 等——哈希表

forward_list——单向链表

array——具有固定常量大小的数组,并且会记住自己的大小

emplace 运算——在容器内直接构建对象,避免拷贝

exception_ptr——允许在线程之间传递异常


c++14 新特性

c++14 是一个 minor 版本,没什么重要的新特性,主要是在给 c++11 打补丁,为使用者 “带来极大方便”,实现 “对新手更为友好” 这一目标。

新的语言特性[2]:

  • 泛型的 lambda

Lambda 捕获部分中使用表达式

函数返回类型推导

另一种类型推断:decltype(auto)

放松的 constexpr 函数限制

变量模板

聚合类成员初始化

二进制字面量: 0b 或 0B 前缀

数字分位符

deprecated 属性

新的标准库特性[2]:

  • 共享的互斥体和锁: std:shared_timed_mutex

元函数的别名

关联容器中的异构查找

标准自定义字面量

通过类型寻址多元组

较小的标准库特性: std:make_unique, std:is_final 等


c++17 新特性

c++17 是一个 major 版本。

新的语言特性[3]:

  • 构造函数模板参数推导——简化对象定义

推导指引——解决构造函数模板参数推导歧义的显式标注

结构化绑定——简化标注,并消除一种未初始化变量的来源

inline 变量——简化了那些仅有头文件的库实现中的静态分配变量的使用

折叠表达式——简化变参模板的一些用法

条件中的显式测试——有点像 for 语句中的条件

保证的复制消除——去除了很多不必要的拷贝操作

更严格的表达式求值顺序——防止了一些细微的求值顺序错误

auto 当作模板参数类型——值模板参数的类型推导

捕捉常见错误的标准属性——[[maybe_unused]]、[[nodiscard]] 和 [[fallthrough]]

十六进制浮点字面量

常量表达式 if——简化编译期求值的代码

新的标准库特性[3]:

  • optional、any 和 variant——用于表达“可选”的标准库类型

shared_mutex 和 shared_lock(读写锁)和 scoped_lock

并行 STL——标准库算法的多线程及矢量化版本

文件系统——可移植地操作文件系统路径和目录的能力

string_view——对不可变字符序列的非所有权引用

数学特殊函数——包括拉盖尔和勒让德多项式、贝塔函数、黎曼泽塔函数


c++20 新特性

c++20 是一个 major 版本,有很重要的更新,“The Big Four”,即四个重要的特性,分别是:概念、范围、协程和模块。

新的语言特性[4]:

  • coroutines

concepts

designated initializers

template syntax for lambdas

range-based for loop with initializer

[[likely]] and [[unlikely]] attributes

deprecate implicit capture of this

class types in non-type template parameters

constexpr virtual functions

explicit(bool)

immediate functions

using enum

lambda capture of parameter pack

char8_t

constinit

新的标准库特性[4]:

  • concepts library

synchronized buffered outputstream

std:span

bit operations

math constants

std:is_constant_evaluated

std:make_shared supports arrays

starts_with and ends_with on strings

check if associative container has element

std:bit_cast

std:midpoint

std:to_array


c++23 新特性

c++23 是一个 minor 版本。

新的语言特性[5]:

  • 新语言功能特性测试宏

显式对象形参,显式对象成员函数(推导 this)

if consteval / if not consteval

多维下标运算符(例如 v[1, 3, 7] = 42;)

static operator()

static operator[]

auto(x):语言中的衰退复制

lambda 表达式上的属性

可选的扩展浮点类型:std:float{16|32|64|128}_t 和 std:bfloat16_t。

(有符号)std:size_t 字面量的字面量后缀 ‘Z’/‘z’

后缀

通过新属性 assume(表达式) 进行假设

具名通用字符转义

可移植源文件编码为 UTF-8

行拼合之前修剪空白

新的标准库特性[5]:

  • 新的库功能特性测试宏

新的范围折叠算法

字符串格式化改进

“平铺(flat)”容器适配器:std:flat_map、std:flat_multimap、std:flat_set、std:flat_multiset

std:mdspan

std:generator

std:basic_string:contains, std:basic_string_view:contains

禁止从 nullptr 构造 std:string_view

std:basic_string:resize_and_overwrite

std:optional 的单子式操作:or_else、and_then、transform

栈踪迹(stacktrace)库

新的范围算法

新的范围适配器(视图)

对范围库的修改

对视图的修改

标记不可达代码:std:unreachable

新的词汇类型 std:expected

std:move_only_function

新的带有程序提供的固定大小缓冲区的 I/O 流 std:spanstream

std:byteswap

std:to_underlying

关联容器的异质擦除


参考

[1] Bjarne Stroustrup. c++11:感觉像是门新语言. Cpp-Club. Available at : https://github.com/Cpp-Club/Cxx_HOPL4_zh/blob/main/04.md, 2023-6-11.

[2] Wikipedia. c++14. Available at: https://zh.wikipedia.org/wiki/c++14.

[3] 玩转 Linux 内核. 快速入门 c++17:了解最新的语言特性和功能. Available at: https://zhuanlan.zhihu.com/p/664746128, 2023-11-06.

[4] AnthonyCalandra. modern-cpp-features:CPP20. Available at: https://github.com/AnthonyCalandra/modern-cpp-features/blob/master/CPP20.md, 2023-3-19.

[5] cppreference. c++23. Available at: https://zh.cppreference.com/w/cpp/23, 2024-3-3.