原文：http://geek.csdn.net/news/detail/228484
C++17標(biāo)準(zhǔn)在2017上半年已經(jīng)討論確定，正在形成ISO標(biāo)準(zhǔn)文檔，今年晚些時(shí)候會(huì)正式發(fā)布。本文將介紹最新標(biāo)準(zhǔn)中值得開發(fā)者關(guān)注的新特新和基本用法。
總的來(lái)說(shuō)C++17相比C++11的新特性來(lái)說(shuō)新特性不算多，做了一些小幅改進(jìn)。C++17增加了數(shù)十項(xiàng)新特性，值得關(guān)注的特性大概有下面這些：
- constexpr if
- constexpr lambda
- fold expression
- void_t
- structured binding
- std::apply, std::invoke
- string_view
- parallel STL
- inline variable
剩下的有一些來(lái)自于boost庫(kù)，比如variant,any、optional和filesystem等特性，string_view其實(shí)在boost里也有。還有一些是語(yǔ)法糖，比如if init、deduction guide、guaranteed copy Elision、template、nested namespace、single param static_assert等特性。我接下來(lái)會(huì)介紹C++17主要的一些特性，介紹它們的基本用法和作用，讓讀者對(duì)C++17的新特性有一個(gè)基本的了解。
fold expression
C++11增加了一個(gè)新特性可變模版參數(shù)（variadic template）,它可以接受任意個(gè)模版參數(shù)在參數(shù)包中，參數(shù)包是三個(gè)點(diǎn)…，它不能直接展開，需要通過(guò)一些特殊的方法才能展開，導(dǎo)致在使用的時(shí)候有點(diǎn)難度。現(xiàn)在C++17解決了這個(gè)問(wèn)題，讓參數(shù)包的展開變得容易了，F(xiàn)old expression就是方便展開參數(shù)包的。
fold expression的語(yǔ)義
fold expression有4種語(yǔ)義：
- unary right fold (pack op …)
- unary left fold (… op pack)
- binary right fold (pack op … op init)
- binary left fold (init op … op pack)
其中pack代表變參，比如args，op代表操作符，fold expression支持32種操作符：
+ - * / % ^ & | = < > << >> += -= *= /= %= ^= &= |= <<= >>= == != <= >= && || , .* ->*
unary right fold的含義
fold (E op …) 意味著 E1 op (… op (EN-1 op EN)).
顧名思義，從右邊開始fold，看它是left fold還是right fold我們可以根據(jù)參數(shù)包…所在的位置來(lái)判斷，當(dāng)參數(shù)包…在操作符右邊的時(shí)候就是right fold，在左邊的時(shí)候就是left fold。我們來(lái)看一個(gè)具體的例子：
template<typename... Args> auto add_val(Args&&... args) { return (args + ...); } auto t = add_val(1,2,3,4); //10
right fold的過(guò)程是這樣的：(1+(2+(3+4)))，從右邊開始fold。
unary left fold的含義
fold (… op E) 意味著 ((E1 op E2) op …) op EN。
對(duì)于+這種滿足交換律的操作符來(lái)說(shuō)left fold和right fold是一樣的，比如上面的例子你也可以寫成left fold。
template<typename... Args> auto add_val(Args&&... args) { return (... + args); } auto t = add_val(1,2,3,4); //10
對(duì)于不滿足交換律的操作符來(lái)說(shuō)就要注意了，比如減法。
template<typename... Args> auto sub_val_right(Args&&... args) { return (args - ...); } template<typename... Args> auto sub_val_left(Args&&... args) { return (... - args); } auto t = sub_val_right(2,3,4); //(2-(3-4)) = 3 auto t1 = sub_val_left(2,3,4); //((2-3)-4) = -5
這次right fold和left fold的結(jié)果就不一樣。
binary fold的含義
Binary right fold (E op … op I) 意味著 E1 op (… op (EN-1 op (EN op I)))。
Binary left fold (I op … op E) 意味著 (((I op E1) op E2) op …) op E2。
其中E代表變參，比如args，op代表操作符，I代表一個(gè)初始變量。
二元fold的語(yǔ)義和一元fold的語(yǔ)義是相同的，看一個(gè)二元操作符的例子：
template<typename... Args> auto sub_one_left(Args&&... args) { return (1 - ... - args); } template<typename... Args> auto sub_one_right(Args&&... args) { return (args - ... - 1); } auto t = sub_one_left（2，3，4);// (((1-2)-3)-4) = -8 auto t1 = sub_one_right（2，3，4);//(2-(3-(4-1))) = 2
相信通過(guò)這個(gè)例子大家應(yīng)該對(duì)C++17的fold expression有了基本的了解。
comma fold
在C++17之前，我們經(jīng)常使用逗號(hào)表達(dá)式和std::initializer_list來(lái)將變參一個(gè)個(gè)傳入一個(gè)函數(shù)。比如像下面這個(gè)例子：
template<typename T> void print_arg(T t) { std::cout << t << std::endl; } template<typename... Args> void print2(Args... args) { //int a[] = { (printarg(args), 0)... }; std::initializer_list<int>{(print_arg(args), 0)...}; }
這種寫法比較繁瑣，用fold expression就會(huì)變得很簡(jiǎn)單了。
template<typename... Args> void print3(Args... args) { (print_arg(args), ...); }
這是right fold，你也可以寫成left fold，對(duì)于comma來(lái)說(shuō)兩種寫法是一樣的，參數(shù)都是從左至右傳入print_arg函數(shù)。
template<typename... Args> void print3(Args... args) { (..., print_arg(args)); }
你也可以通過(guò)binary fold這樣寫：
template<typename ...Args> void printer(Args&&... args) { (std::cout << ... << args) << '\n'; }
也許你會(huì)覺(jué)得能寫成這樣：
template<typename ...Args> void printer(Args&&... args) { (std::cout << args << ...) << '\n'; }
但這樣寫是不合法的，根據(jù)binary fold的語(yǔ)法，參數(shù)包…必須在操作符中間，因此上面的這種寫法不符合語(yǔ)法要求。
借助comma fold我們可以簡(jiǎn)化代碼，假如我們希望實(shí)現(xiàn)tuple的for_each算法，像這樣：
for_each(std::make_tuple(2.5, 10, 'a'),[](auto e) { std::cout << e<< '\n'; });
這個(gè)for_each將會(huì)遍歷tuple的元素并打印出來(lái)。在C++17之前我們?nèi)绻獙?shí)現(xiàn)這個(gè)算法的話，需要借助逗號(hào)表達(dá)式和std::initializer_list來(lái)實(shí)現(xiàn)，類似于這樣：
template <typename... Args, typename Func, std::size_t... Idx> void for_each(const std::tuple& t, Func&& f, std::index_sequence<Idx...>) { (void)std::initializer_list<int> { (f(std::get<Idx>(t)), void(), 0)...}; }
這樣寫比較繁瑣不直觀，現(xiàn)在借助fold expression我們可以簡(jiǎn)化代碼了。
template <typename... Args, typename Func, std::size_t... Idx> void for_each(const std::tuple<Args...>& t, Func&& f, std::index_sequence<Idx...>) { (f(std::get<Idx>(t)), ...); }
借助coma fold我們可以寫很簡(jiǎn)潔的代碼了。
constexpr if
constexpr標(biāo)記一個(gè)表達(dá)式或一個(gè)函數(shù)的返回結(jié)果是編譯期常量，它保證函數(shù)會(huì)在編譯期執(zhí)行。相比模版來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)編譯期循環(huán)或遞歸，C++17中的constexpr if會(huì)讓代碼變得更簡(jiǎn)潔易懂。比如實(shí)現(xiàn)一個(gè)編譯期整數(shù)加法：
template<int N> constexpr int sum() { return N; } template <int N, int N2, int... Ns> constexpr int sum() { return N + sum<N2, Ns...>(); }
C++17之前你可能需要像上面這樣寫，但是現(xiàn)在你可以寫更簡(jiǎn)潔的代碼了。
template <int N, int... Ns> constexpr auto sum17() { if constexpr (sizeof...(Ns) == 0) return N; else return N + sum17<Ns...>(); }
當(dāng)然，你也可以用C++17的fold expression：
template<typename ...Args> constexpr int sum(Args... args) { return (0 + ... + args); }
constexpr還可以用來(lái)消除enable_if了，對(duì)于討厭寫一長(zhǎng)串enable_if的人來(lái)說(shuō)會(huì)非常開心。比如我需要根據(jù)類型來(lái)選擇函數(shù)的時(shí)候：
template<typename T> std::enable_if_t<std::is_integral<T>::value, std::string> to_str(T t) { return std::to_string(t); } template<typename T> std::enable_if_t<!std::is_integral<T>::value, std::string> to_str(T t) { return t; }
經(jīng)常不得不分開幾個(gè)函數(shù)來(lái)寫，還需要寫長(zhǎng)長(zhǎng)的enable_if，比較繁瑣，通過(guò)if constexpr可以消除enable_if了。
template<typename T> auto to_str17(T t) { if constexpr(std::is_integral<T>::value) return std::to_string(t); else return t; }
constexpr if讓C++的模版具備if-else if-else功能了，是不是很酷，C++程序員的好日子來(lái)了。
不過(guò)需要注意的是下面這種寫法是有問(wèn)題的。
template<typename T> auto to_str17(T t) { if constexpr(std::is_integral<T>::value) return std::to_string(t); return t; }
這個(gè)代碼把else去掉了，當(dāng)輸入如果是非數(shù)字類型時(shí)代碼可以編譯過(guò)，以為if constexpr在模版實(shí)例化的時(shí)候會(huì)丟棄不滿足條件的部分，因此函數(shù)體中的前兩行代碼將失效，只有最后一句有效。當(dāng)輸入的為數(shù)字的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤了，因?yàn)閕f constexpr滿足條件了，這時(shí)候就會(huì)有兩個(gè)return了，就會(huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。
constexpr if還可以用來(lái)替換#ifdef宏，看下面的例子
enum class OS { Linux, Mac, Windows }; //Translate the macros to C++ at a single point in the application #ifdef __linux__ constexpr OS the_os = OS::Linux; #elif __APPLE__ constexpr OS the_os = OS::Mac; #elif __WIN32 constexpr OS the_os = OS::Windows; #endif void do_something() { //do something general if constexpr (the_os == OS::Linux) { //do something Linuxy } else if constexpr (the_os == OS::Mac) { //do something Appley } else if constexpr (the_os == OS::Windows) { //do something Windowsy } //do something general } //備注：這個(gè)例子摘自https://blog.tartanllama.xyz/c++/2016/12/12/if-constexpr/
代碼變得更清爽了，再也不需要像以前一樣寫#ifdef那樣難看的代碼塊了。
constexpr lambda
constexpr lambda其實(shí)很簡(jiǎn)單，它的意思就是可以在constexpr 函數(shù)中用lambda表達(dá)式了，這在C++17之前是不允許的。這樣使用constexpr函數(shù)和普通函數(shù)沒(méi)多大區(qū)別了，使用起來(lái)非常舒服。下面是constexpr lambda的例子：
template <typename I> constexpr auto func(I i) { //use a lambda in constexpr context return [i](auto j){ return i + j; }; }
constexpr if和constexpr lambda是C++17提供的非常棒的特性，enjoy it.
string_view
string_view的基本用法
C++17中的string_view是一個(gè)char數(shù)據(jù)的視圖或者說(shuō)引用，它并不擁有該數(shù)據(jù)，是為了避免拷貝，因此使用string_view可以用來(lái)做性能優(yōu)化。你應(yīng)該用string_view來(lái)代替const char和const string了。string_view的方法和string類似，用法很簡(jiǎn)單：
const char* data = "test"; std::string_view str1(data, 4); std::cout<<str1.length()<<'\n'; //4 if(data==str1) std::cout<<"ok"<<'\n'; const std::string str2 = "test"; std::string_view str3(str2, str2.size());
構(gòu)造string_view的時(shí)候用char*和長(zhǎng)度來(lái)構(gòu)造，這個(gè)長(zhǎng)度可以自由確定，它表示string_view希望引用的字符串的長(zhǎng)度。因?yàn)樗皇且闷渌址运粫?huì)分配內(nèi)存，不會(huì)像string那樣容易產(chǎn)生臨時(shí)變量。我們通過(guò)一個(gè)測(cè)試程序來(lái)看看string_view如何來(lái)幫我們優(yōu)化性能的。
using namespace std::literals; constexpr auto s = "it is a test"sv; auto str = "it is a test"s; constexpr int LEN = 1000000; boost::timer t; for (int i = 0; i < LEN; ++i) { constexpr auto s1 = s.substr(3); } std::cout<<t.elapsed()<<'\n'; t.restart(); for (int i = 0; i < LEN; ++i) { auto s2 = str.substr(3); } std::cout<<t.elapsed()<<'\n'; //output 0.004197 0.231505
我們可以通過(guò)字面量””sv來(lái)初始化string_view。string_view的substr和string的substr相比，快了50多倍，根本原因是它不會(huì)分配內(nèi)存。
string_view的生命周期
由于string_vew并不擁有鎖引用的字符串，所以它也不會(huì)去關(guān)注被引用字符串的生命周期，用戶在使用的時(shí)候需要注意，不要將一個(gè)臨時(shí)變量給一個(gè)string_view，那樣會(huì)導(dǎo)致string_view引用的內(nèi)容也失效。
std::string_view str_v; { std::string temp = "test"; str_v = {temp}; }
這樣的代碼是有問(wèn)題的，因?yàn)槌隽俗饔糜蛑螅瑂tring_view引用的內(nèi)容已經(jīng)失效了。
總結(jié)
本文介紹了C++17的fold expression、constexpr if、constexpr lambda和string_view。fold expression為了簡(jiǎn)化可變模板參數(shù)的展開，讓可以模板參數(shù)的使用變得更簡(jiǎn)單直觀；constexpr if讓模板具備if-else功能，非常強(qiáng)大。它也避免了寫冗長(zhǎng)的enable_if代碼，讓代碼變得簡(jiǎn)潔易懂了；string_view則是用來(lái)做性能優(yōu)化的，應(yīng)該用它來(lái)代替const char*和const string。
這些特性對(duì)之前的C++14和C++11做了改進(jìn)和增強(qiáng)，非常酷，歡迎訂閱《程序員》，后續(xù)系列文章會(huì)接著介紹其他C++17中值得關(guān)注的新特性。