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前言

自从1998年的C++98标准以来，C++语言经历了漫长的等待，直到2011年才迎来了它的下一个正式版本——C++11。C++11不仅在语法上进行了大量的改进，还引入了许多新的特性，极大地提升了编程的效率和程序的质量。本文将带你深入了解这些新特性，并通过丰富的代码示例来展示它们的实际应用。

目录

1. 概述
2. 自动类型推导
   • 2.1?auto关键字
   • 2.2?decltype
3. 范围for循环
4. 右值引用与移动语义
   • 4.1?右值引用
   • 4.2?移动构造与移动赋值
   • 4.3?完美转发
5. 初始化列表
6. lambda表达式
   • 6.1?基本语法
   • 6.2?捕获列表
   • 6.3?lambda表达式中的return类型
7. 智能指针
   • 7.1?std::unique_ptr
   • 7.2?std::shared_ptr
   • 7.3?std::weak_ptr
8. 线程支持
   • 8.1?std::thread
   • 8.2?互斥锁与条件变量
9. 结论

概述

C++11是C++的一个重要里程碑，它引入了大量实用的新特性，使得C++更易于编写、维护和理解。接下来我们将逐一介绍并解释这些新特性。

自动类型推导

自动类型推导是C++11中引入的一个非常有用的功能，它可以让你的代码更加简洁明了。

2.1 auto关键字

auto 关键字可以用来声明一个变量，编译器会根据初始化表达式的类型来推断出变量的类型。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    auto num = 10; // num 类型为 int
    auto str = std::string("Hello, World!"); // str 类型为 std::string
    auto pi = 3.14; // pi 类型为 double
    
    std::cout << "Number: " << num << ", String: " << str << ", Pi: " << pi << std::endl;
    
    return 0;
}

注意：虽然auto可以带来方便，但在声明变量时仍然要保持清晰的意图，避免不必要的复杂性。

2.2 decltype

decltype 是另一个用于类型推导的关键字，通常用于函数返回类型或模板参数类型的推导。

#include <iostream>

int get_number() { return 42; }

int main() {
    decltype(get_number()) num = get_number(); // num 的类型为 int
    
    std::cout << "Number is: " << num << std::endl;
    
    return 0;
}

注意：decltype可以接受表达式作为参数，它会推断出该表达式的类型。

范围for循环

范围for循环简化了迭代容器的过程。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    for (auto n : nums) {
        std::cout << n << " ";
    }
    
    return 0;
}

注意：范围for循环可以用于任何可迭代的对象，包括数组、容器等。

右值引用与移动语义

右值引用允许我们有效地处理临时对象，而移动语义则可以显著减少内存复制。

4.1 右值引用

右值引用是用来表示“将要被销毁”的对象的一种引用类型。

#include <iostream>
#include <utility>

class MoveOnly {
public:
    MoveOnly(int size) : data(new int[size]) {}
    MoveOnly(MoveOnly&& other) noexcept : data(other.data) {
        other.data = nullptr;
    }
    MoveOnly(const MoveOnly&) = delete; // 禁止拷贝构造
    ~MoveOnly() { delete[] data; }

private:
    int* data;
};

// 移动语义示例
MoveOnly createMoveOnly() {
    return MoveOnly(10); // 返回临时对象
}

int main() {
    MoveOnly mo = createMoveOnly();
    
    return 0;
}

4.2 移动构造与移动赋值

移动构造和移动赋值函数允许我们从右值引用移动数据。

class MoveOnly {
public:
    MoveOnly(int size) : data(new int[size]) {}
    MoveOnly(MoveOnly&& other) noexcept : data(other.data) {
        other.data = nullptr;
    }
    MoveOnly& operator=(MoveOnly&& other) noexcept {
        std::swap(data, other.data);
        return *this;
    }
    MoveOnly(const MoveOnly&) = delete; // 禁止拷贝构造
    MoveOnly& operator=(const MoveOnly&) = delete; // 禁止拷贝赋值
    ~MoveOnly() { delete[] data; }

private:
    int* data;
};

4.3 完美转发

完美转发是指将实参的类型和属性（如左值/右值）完全保留地传递给另一个函数。

template<typename T>
void forward(T&& arg) {
    // 完美转发arg到其他函数
    someFunction(std::forward<T>(arg));
}

template<typename T>
T&& forward(T&& arg) {
    return std::forward<T>(arg);
}

初始化列表

初始化列表提供了一种简洁的方式初始化数组或容器。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用初始化列表
    
    for (auto n : v) {
        std::cout << n << " ";
    }
    
    return 0;
}

注意：初始化列表还可以用于构造函数，为类的多个成员变量提供初始值。

lambda表达式

lambda表达式提供了创建简单匿名函数的方法。

6.1 基本语法

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::sort(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) { return a > b; });
    
    for (auto n : nums) {
        std::cout << n << " ";
    }
    
    return 0;
}

6.2 捕获列表

捕获列表可以用来访问lambda外部的作用域。

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    int x = 10;
    auto adder = [x](int y) { return x + y; };
    std::cout << "Result: " << adder(5) << std::endl;
    
    return 0;
}

注意：捕获列表可以是按值捕获[x]，也可以是按引用捕获[&]。

6.3 lambda表达式中的return类型

当lambda表达式中没有显式指定return类型时，编译器会根据return语句推断。

#include <iostream>

int main() {
    auto f = []() -> int { return 42; }; // 显式指定返回类型
    auto g = []() { return 42; }; // 编译器推断返回类型
    
    std::cout << "f(): " << f() << ", g(): " << g() << std::endl;
    
    return 0;
}

智能指针

智能指针帮助管理动态分配的对象的生命周期。

7.1 std::unique_ptr

std::unique_ptr拥有独占所有权的指针。

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    void sayHello() { std::cout << "Hello from MyClass!" << std::endl; }
};

int main() {
    std::unique_ptr<MyClass> p(new MyClass());
    p->sayHello();
    
    return 0;
}

7.2 std::shared_ptr

std::shared_ptr允许多个指针共享同一个对象的所有权。

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    void sayHello() { std::cout << "Hello from MyClass!" << std::endl; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> p1(new MyClass());
    auto p2 = p1; // 共享所有权
    
    p1->sayHello();
    p2->sayHello();
    
    return 0;
}

<a name="std-weak-ptr"></a>7.3 std::weak_ptr

std::weak_ptr不会增加对象的引用计数。

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    void sayHello() { std::cout << "Hello from MyClass!" << std::endl; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> p1(new MyClass());
    std::weak_ptr<MyClass> wp = p1;
    
    if (auto p2 = wp.lock()) {
        p2->sayHello();
    } else {
        std::cout << "Object no longer exists." << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

线程支持

C++11引入了标准的线程库，使得多线程编程变得更加容易。

8.1 std::thread

std::thread用于创建和管理线程。

#include <iostream>
#include <thread>

void helloFromThread() {
    std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(helloFromThread);
    t.join();
    
    return 0;
}

8.2 互斥锁与条件变量

互斥锁和条件变量可以帮助同步线程间的执行。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void waitUntilReady() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待直到ready变为true
    std::cout << "Ready signal received!" << std::endl;
}

void signalReady() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 模拟一些操作
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one(); // 通知等待者
}

int main() {
    std::thread t1(waitUntilReady);
    std::thread t2(signalReady);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

结论

C++11带来的新特性极大地丰富了C++语言的功能性，同时也提高了开发者的生产力。从自动类型推导到线程支持，每一项特性都旨在让开发者能够写出更高效、更安全、更易读的代码。希望这篇文章能帮助你更好地理解和使用这些强大的工具！

后记

如果你对上述任何一个特性感兴趣，建议深入学习其细节，以便更好地应用于实际项目中。同时，C++11还包含了很多其他有用的特性，比如默认删除成员函数、统一初始化语法等，也值得进一步探索。

以上就是这篇关于C++11新特性的详细介绍。希望对你有所帮助！