C++20的四大新特性有哪些

本篇文章為大家展示了C++20的四大新特性有哪些，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

　　C++20(C++ 編程語言標準 2020 版)將是 C++ 語言一次非常重大的更新，將為這門語言引入大量新特性。近日，C++ 開發者 Rainer Grimm 正通過一系列博客文章介紹 C++20 的新特性。目前這個系列文章已經更新了兩篇，本篇是第一篇，主要介紹了 C++20 的 Big Four(四大新特性：概念、范圍、協程和模塊)以及核心語言(包括一些新的運算符和指示符)。

　　C++20 有很多更新，上圖展示了 C++20 更新的概況。下面作者首先介紹 了 C++20 的編譯器支持情況，然后介紹 The Big Four(四大新特性)以及核心語言方面的新特性。

　　C++20 的編譯器支持

　　適應新特性的最簡單方法是試用它們。那么接下來我們就面臨著這個問題：哪些編譯器支持 C++20 的哪些特性?一般來說，http://cppreference.com/compiler_support_能提供在核心語言和庫方面的答案。

　　簡單來說，全新的 GCC、Clang 和 EDG 編譯器能提供對核心語言的最佳支持。此外，MSVC 和 Apple Clang 編譯器也支持許多 C++20 特性。

　　庫方面的情況類似。GCC 在庫方面的支持最好，接下來是 Clang 和 MSVC 編譯器。

　　上面的截圖僅展示了對應表格的前面一部分，可以看出這些編譯器的表現并不是非常令人滿意。即使你使用的是全新的編譯器，這些編譯器仍然不支持很多新特性。通常來說，你能找到嘗試這些新特性的方法。下面是兩個示例：

　　概念：GCC 支持概念的前一個版本;

　　std::jthread：GitHub 上有一個實現草案。

　　簡單來說，問題沒有那么嚴重。只需要一些調整修改，很多新特性就能進行嘗試。如有必要，我會提到如何進行這樣的修改。

　　C++20四大新特性

　　概念(concept)

　　使用模板進行通用編程的關鍵思想是定義能通過各種類型(type)使用的函數和類。但是，在實例化模板時經常會出現用錯類型的問題，其結果通常是幾頁難懂的報錯信息。

　　現在概念來了，這個問題可以休矣。概念讓你能為模板編寫要求，而編譯器則可以檢查這個要求。概念革新了我們思考和編寫通用代碼的方式。原因如下：

　　模板的要求是接口的一部分;

　　類模板中的函數重載或特殊化可以基于概念進行;

　　因為編譯器能夠比較模板參數的要求與實際的模板參數，所以能得到更好的報錯信息。

　　但是，這還不是全部。

　　你可以使用預定義的概念，也可以定義你自己的概念;

　　auto 和概念的用法統一到了一起。你可以不使用 auto，而是使用概念;

　　如果一個函數聲明使用了一個概念，那么它會自動變成一個函數模板。由此，編寫函數模板就變得與編寫函數一樣簡單。

　　下面的代碼片段展示了一個簡單概念 Integral 的定義和使用方式：

　　template

　　concept bool Integral(){

　　return std::is_integral::value;

　　}

　　Integral auto gcd(Integral auto a,

　　Integral auto b){

　　if( b == 0 ) return a;

　　else return gcd(b, a % b);

　　}

　　Integral 這個概念需要 std::is_integral::value 中的類型參數 T。std::is_integral::value 這個函數來自 type-traits 庫，它能在 T 為整數檢查編譯時間。如果 std::is_integral::value 的值為 true，則沒有問題。如果不為 true，則你會收到一個編譯時間報錯。

　　gcd 算法是基于歐幾里德算法確定最大公約數(greatest common divisor)。我使用了這個縮寫函數模板句法來定義 gcd。gcd 要求其參數和返回類型支持概念 Integral。gcd 是一類對參數和返回值都有要求的函數模板。當我刪除這個句法糖(syntactic sugar)時，也許你能看到 gcd 的真正本質。下面這段代碼在語義上與 gcd 算法等效：

　　template

　　requires Integral()

　　T gcd(T a, T b){

　　if( b == 0 ) return a;

　　else return gcd(b, a % b);

　　}

　　如果你還沒看到 gcd 的真正本質，過幾周我還會專門發布一篇介紹概念的文章。

　　范圍庫(Ranges Library)

　　范圍庫是概念的首個客戶。它支持的算法滿足以下條件：

　　可以直接在容器上操作;無需迭代器指定一個范圍;

　　可以寬松地評估;

　　可以組合。

　　簡單來說：范圍庫支持函數模式(functional patterns)。

　　代碼可能比語言描述更清楚。下面的函數用豎線符號展示了函數組成：

　　#include

　　#include

　　#include

　　int main(){

　　std::vector ints{0, 1, 2, 3, 4, 5};

　　auto even = [](int i){ return 0 == i % 2; };

　　auto square = [](int i) { return i * i; };

　　for (int i : ints | std::view::filter(even) |

　　std::view::transform(square)) {

　　std::cout << i << ' '; // 0 4 16 　　} 　　} 　　even 是一個 lambda 函數，其在 i 為偶數時返回;lambda 函數 square 則會將 i 映射為它的平方。其余的必須從左到右讀取的第 i 個函數組成：for (int i : ints | std::view::filter(even) | std::view::transform(square)). 將過濾器 even 應用于 ints 的每個元素，然后將其余的每個元素映射為它們的平方。如果你熟悉函數編程，那么這讀起來就像一篇散文詩。 　　協程(Coroutines)

　　協程是廣義的函數，能在保持狀態的同時暫停或繼續。協程通常用來編寫事件驅動型應用。事件驅動型應用可以是模擬、游戲、服務器、用戶接口或算法。協程也通常被用于協作式多任務(cooperative multitasking)。

　　我們這里不介紹 C++20 的具體協程，而會介紹編寫協程的框架。編寫協程的框架由 20 多個函數構成，其中一部分需要你去實現，另一部分則可能需要重寫。因此，你可以根據需求調整協程。下面展示了一個特定協程的用法。

　　下面的程序使用了一個能產生無限數據流的生成器：

　　Generator getNext(int start = 0, int step = 1){

　　auto value = start;

　　for (int i = 0;; ++i){

　　co_yield value; // 1

　　value += step;

　　}

　　}

　　int main() {

　　std::cout << std::endl; 　　std::cout << "getNext():"; 　　auto gen = getNext(); 　　for (int i = 0; i <= 10; ++i) { 　　gen.next(); // 2 　　std::cout << " " << gen.getValue(); 　　} 　　std::cout << "\n\n"; 　　std::cout << "getNext(100, -10):"; 　　auto gen2 = getNext(100, -10); 　　for (int i = 0; i <= 20; ++i) { 　　gen2.next(); // 3 　　std::cout << " " << gen2.getValue(); 　　} 　　std::cout << std::endl; 　　} 　　必須補充幾句。這段代碼只是一個代碼段。函數 getNext 是一個協程，因為它使用了關鍵字 co_yield。getNext 有一個無限的循環，其會在 co_yield 之后返回 value。調用 next()(注釋的 第 2、3 行)會繼續這個協程，接下來的 getValue 調用會獲取這個值。在 getNext 調用之后，這個協程再一次暫停。其暫停會一直持續到下一次調用 next()。我的這個示例中有一個很大的未知，即 getNext 函數的返回值 Generator。 　　模塊(Module)

　　模塊部分簡單介紹一下就好。模塊承諾能夠實現：

　　更快的編譯時間;

　　宏的隔離;

　　表達代碼的邏輯結構;

　　不必再使用頭文件(header file);

　　擺脫丑陋的宏方法。

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