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C++11新特性全解析新的类功能、lambda、包装器详解

作者:keyipatience

本文主要介绍了C++11中新增的移动语义、默认函数、删除函数、override和final关键字,以及STL中的新容器和接口、lambda表达式、function和bind函数模板,本文结合实例代码给大家介绍的非常详细,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧

1.新的类功能

1.1默认的移动构造和移动赋值

• 原来C++类中,有6个默认成员函数:构造函数/析构函数/拷⻉构造函数/拷⻉赋值重载/取地址重 载/const取地址重载,最后重要的是前4个,后两个⽤处不⼤,默认成员函数就是我们不写编译器 会⽣成⼀个默认的。C++11新增了两个默认成员函数,移动构造函数和移动赋值运算符重载。

 • 如果你没有⾃⼰实现移动构造函数,且没有实现析构函数、拷⻉构造、拷⻉赋值重载中的任意⼀ 个。那么编译器会⾃动⽣成⼀个默认移动构造。默认⽣成的移动构造函数,对于内置类型成员会执 ⾏逐成员按字节拷⻉,⾃定义类型成员,则需要看这个成员是否实现移动构造,如果实现了就调⽤ 移动构造,没有实现就调⽤拷⻉构造。

• 如果你没有⾃⼰实现移动赋值重载函数,且没有实现析构函数、拷⻉构造、拷⻉赋值重载中的任意 ⼀个,那么编译器会⾃动⽣成⼀个默认移动赋值。默认⽣成的移动构造函数,对于内置类型成员会 执⾏逐成员按字节拷⻉,⾃定义类型成员,则需要看这个成员是否实现移动赋值,如果实现了就调 ⽤移动赋值,没有实现就调⽤拷⻉赋值。(默认移动赋值跟上⾯移动构造完全类似)

 如果你提供了移动构造或者移动赋值,编译器不会⾃动提供拷⻉构造和拷⻉赋值。

1.2 default和delete

• C++11可以让你更好的控制要使⽤的默认函数。假设你要使⽤某个默认的函数,但是因为⼀些原因 这个函数没有默认⽣成。⽐如:我们提供了拷⻉构造,就不会⽣成移动构造了,那么我们可以使⽤ default关键字显⽰指定移动构造⽣成。

 • 如果能想要限制某些默认函数的⽣成,在C++98中,是该函数设置成private,并且只声明补丁已, 这样只要其他⼈想要调⽤就会报错。在C++11中更简单,只需在该函数声明加上=delete即可该语 法指⽰编译器不⽣成对应函数的默认版本,称=delete修饰的函数为删除函数。

1.3 override和final

override 用于明确表示一个方法是重写父类的虚方法。它告诉编译器该方法必须与父类中的某个虚方法签名匹配,否则会报错。主要用于避免拼写错误或参数不一致导致的重写失败。

作用:确保派生类的方法正确重写基类的虚方法

final 用于禁止派生类进一步重写某个方法,或禁止某个类被继承。它可以修饰方法或类。
作用:
 修饰方法时:禁止派生类重写该方法。
 修饰类时:禁止其他类继承该类。

class Base {
public:
    virtual void foo() {}
};
class Derived : public Base {
public:
    void foo() override {} // 明确表示重写
};
class Base
 {
public
:
    virtual void foo() final {} // 禁止重写
};
class Derived : public
 Base {
public
:
    // void foo() {} // 错误:无法重写 final 方法
};

2. STL中的一些变化

• 下图1圈起来的就是STL中的新容器,但是实际最有⽤的是unordered_map和unordered_set。这 两个我们前⾯已经进⾏了⾮常详细的讲解,其他的⼤家了解⼀下即可。

• STL中容器的新接⼝也不少,最重要的就是右值引⽤和移动语义相关的push/insert/emplace系列 接⼝和移动构造和移动赋值,还有initializer_list版本的构造等,这些前⾯都讲过了,还有⼀些⽆关 痛痒的如cbegin/cend等需要时查查⽂档即可。

3. lambda

3.1 lambda表达式语法

• lambda 表达式本质是⼀个匿名函数对象,跟普通函数不同的是他可以定义在函数内部。 lambda 表达式语法使⽤层⽽⾔没有类型,所以我们⼀般是⽤auto或者模板参数定义的对象去接 收 lambda 对象。

•lambda表达式的格式: [capture-list] (parameters)-> return type { function boby }

• [capture-list] :捕捉列表,该列表总是出现在 lambda 函数的开始位置,编译器根据[]来 判断接下来的代码是否为 lambda 函数,捕捉列表能够捕捉上下⽂中的变量供 lambda 函数使 ⽤,捕捉列表可以传值和传引⽤捕捉,具体细节7.2中我们再细讲。捕捉列表为空也不能省略。

 • (parameters) :参数列表,与普通函数的参数列表功能类似,如果不需要参数传递,则可以连 同()⼀起省略

• ->return type :返回值类型,⽤追踪返回类型形式声明函数的返回值类型,没有返回值时此部分可省略⼀般返回值类型明确情况下,也可省略,由编译器对返回类型进⾏推导

• {function boby} :函数体,函数体内的实现跟普通函数完全类似,在该函数体内,除了可以使⽤其参数外,还可以使⽤所有捕获到的变量,函数体为空也不能省略。

3.2捕捉列表

• lambda 表达式中默认只能⽤ lambda 函数体和参数中的变量,如果想⽤外层作⽤域中的变量就 需要进⾏捕捉

• 第⼀种捕捉⽅式是在捕捉列表中显⽰的传值捕捉和传引⽤捕捉,捕捉的多个变量⽤逗号分割。[x, y,&z]表⽰x和y值捕捉,z引⽤捕捉。

第⼆种捕捉⽅式是在捕捉列表中隐式捕捉,我们在捕捉列表写⼀个=表⽰隐式值捕捉,在捕捉列表写⼀个&表⽰隐式引⽤捕捉,这样我们 lambda 表达式中⽤了那些变量,编译器就会⾃动捕捉那些变量。

第三种捕捉⽅式是在捕捉列表中混合使⽤隐式捕捉和显⽰捕捉。[=,&x]表⽰其他变量隐式值捕捉, x引⽤捕捉;[&,x,y]表⽰其他变量引⽤捕捉,x和y值捕捉。当使⽤混合捕捉时,第⼀个元素必须是 &或=,并且&混合捕捉时,后⾯的捕捉变量必须是值捕捉,同理=混合捕捉时,后⾯的捕捉变量必 须是引⽤捕捉。

• lambda 表达式如果在函数局部域中,他可以捕捉 lambda 位置之前定义的变量,不能捕捉静态 局部变量和全局变量,静态局部变量和全局变量也不需要捕捉, lambda 表达式中可以直接使⽤。这也意味着 lambda 表达式如果定义在全局位置,捕捉列表必须为空

• 默认情况下,lambda 捕捉列表是被const修饰的也就是说传值捕捉的过来的对象不能修改mutable加在参数列表的后⾯可以取消其常量性,也就说使⽤该修饰符后,传值捕捉的对象就可以 修改了,但是修改还是形参对象,不会影响实参。使⽤该修饰符后,参数列表不可省略(即使参数为空)。

int x = 0;
//捕捉列表必须为空,因为全局变量不用捕捉就可以使用,没有可被捕捉的变量
auto func1 = []()
	{
		x++;
	};
int main()
{
	int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3;
	//只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象
	auto func1 = [a, &b]
		{
			//值捕捉的变量不能被修改,引用可以
			//a++报错
			b++;
			int ret = a + b;
			return ret;
		};
	cout << func1() << endl;
	//隐式值捕捉,用了哪些捕哪些
	auto func2 = [=]
		{
			int ret = a + b + c;
			return ret;
		};
	cout << func2() << endl;
	auto func3 = [&]
		{
			a++;
			b++;
			c++;
		};
	func3();
	cout << a << " " << b << " " << c <<" "<<d << endl;
	auto func4 = [&, a, b]//混合捕捉,除了a,b其他的都引用捕捉
		{
			//a++;
			//b++;
			c++;
			d++;
			return a + b + c + d;
		};
	func4();
	cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;
	auto func5 = [=, &a, &b]//混合捕捉,除了a,b其他的都传值捕捉
		{
			a++;
			b++;
			/*c++;
			d++;*/
			return a + b + c + d;
		};
	func5();
	cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;
	//局部的静态变量和全局变量不能捕捉,也不用捕捉
	static int m = 0;
	auto func6 = []
		{
			int ret = x + m;
			return ret;
		};
	//传值捕捉本身是一种拷贝,并且被const修饰
	//mutable相当于去掉const修饰
	//但是修改了不会影响外面被捕的值,因为是一种拷贝
	auto func7 = [=]()mutable
		{
			a++;
			b++;
			c++;
			d++;
		};
	return 0;
}

3.3 lambda的应用

• 在学习 lambda 表达式之前,我们的使⽤的可调⽤对象只有函数指针和仿函数对象,函数指针的 类型定义起来⽐较⿇烦,仿函数要定义⼀个类,相对会⽐较⿇烦。使⽤ lambda 去定义可调⽤对 象,既简单⼜⽅便。

• lambda 在很多其他地⽅⽤起来也很好⽤。⽐如线程中定义线程的执⾏函数逻辑,智能指针中定 制删除器等, lambda 的应⽤还是很⼴泛的,以后我们会不断接触到。

#include<algorithm>
struct Goods
{
	string _name;
	double _price;
	int _evaluate;
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		,_price(price)
		,_evaluate(evaluate)
	{ }
};
struct comparepriceless
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};
struct comparepricegreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};
int main()
{
	vector<Goods>v = { {"苹果",2.1,5},{"香蕉",3,4},{"橙子",2.2,3} };
	//类似这样的场景,我们实现仿函数对象或者函数指针来比较,相对比较麻烦,那么用lambda就很好
	sort(v.begin(), v.end(), comparepriceless());
	sort(v.begin(), v.end(), comparepricegreater());
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& gl, const Goods& gr)
		{
			return gl._price < gr._price;
		});
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& gl, const Goods& gr)
		{
			return gl._price >gr._price;
		});
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& gl, const Goods& gr)
		{
			return gl._evaluate < gr._evaluate;
		});
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& gl, const Goods& gr)
		{
			return gl._evaluate > gr._evaluate;
		});
	return 0;
}

3.4 lambda的原理

• lambda 的原理和范围for很像,编译后从汇编指令层的⻆度看,压根就没有 lambda 和范围for 这样的东西。范围for底层是迭代器,⽽lambda底层是仿函数对象,也就说我们写了⼀个 lambda 以后,编译器会⽣成⼀个对应的仿函数的类。

• 仿函数的类名是编译按⼀定规则⽣成的,保证不同的 lambda ⽣成的类名不同,lambda参数/返 回类型/函数体就是仿函数operator()的参数/返回类型/函数体, lambda 的捕捉列表本质是⽣成的仿函数类的成员变量,也就是说捕捉列表的变量都是 lambda 类构造函数的实参,当然隐式捕 捉,编译器要看使⽤哪些就传那些对象。

• 上⾯的原理,我们可以透过汇编层了解⼀下,下⾯第⼆段汇编层代码印证了上⾯的原理。

4.包装器

4.1 function

template class T>

class function; // undefined

template <class Ret, class... Args>

class function<Ret(Args...)>;

• std::function 是⼀个类模板,也是⼀个包装器。std::function 的实例对象可以包装存 储其他的可以调⽤对象,包括函数指针、仿函数,lambda,bind 表达式等,存储的可调⽤对 象被称为std::function 的⽬标。若std::function 不含⽬标,则称它为空。调⽤空std::function 的⽬标导致抛出std::bad_function_call异常。

• 以上是 function 的原型,他被定义头⽂件中。std::function-cppreference.com 是function的官⽅⽂件链接。

 • 函数指针、仿函数,lambda 等可调⽤对象的类型各不相同,std::function 的优势就是统 ⼀类型,对他们都可以进⾏包装,这样在很多地⽅就⽅便声明可调⽤对象的类型。

#include<functional>
int f(int a, int b)
{
	return a + b;
}
struct Functor
{
public:
	int operator()(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
};
class Plus
{
public:
	Plus(int n = 10)
		:_n(n)
	{ }
	static int plusi(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
	double plusd(double a, double b)
	{
		return (a + b) * _n;
	}
private:
	int _n;
};
int main()
{
	function<int(int, int)>f1 = f;
	function<int(int, int)>f2 = Functor();
	function<int(int, int)>f3 = [](int a, int b) {return a + b; };
	cout << f1(1, 1) << endl;
	cout << f2(1, 1) << endl;
	cout << f3(1, 1) << endl;
	//包装静态成员函数
	//成员函数要指定类域且前面加&才能获得地址
	function<int(int, int)>f4 = &Plus::plusi;
	cout << f4(1, 1) << endl;
	//包装普通成员函数
	//普通成员函数还有一个隐含的this指针参数,所以绑定时传对象的指针或者对象都ok
	function<double(Plus*, double, double)>f5 = &Plus::plusd;
	Plus pd;
	cout << f5(&pd, 1.1, 1.1) << endl;
	function<double(Plus, double, double)>f6 = &Plus::plusd;
	cout << f6(pd, 1.1, 1.1) << endl;
	cout << f6(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;//匿名对象,不用再定义pd对象
	function<double(Plus&&, double, double)>f7 = &Plus::plusd;
	cout << f6(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;
	cout << f6(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;//匿名对象.匹配右值引用
	return 0;
}

下⾯的这个代码样例展示了 std::function 作为map的参数,实现字符串和可调⽤对象的映射表功能。

https://leetcode.cn/problems/evaluate-reverse-polish-notation  逆波兰表达式

class Solution {
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) 
    {
        // stack<int>s;
        // for(auto e:tokens)
        // {
        //     if(e=="+"||e=="-"||e=="*"||e=="/")
        //     {
        //         int right=s.top();
        //         s.pop();
        //         int left=s.top();
        //         s.pop();
        //         if(e=="+")s.push(left+right);
        //         if(e=="-")s.push(left-right);
        //         if(e=="*")s.push(left*right);
        //         if(e=="/")s.push(left/right);
        //     }
        //     else
        //     {
        //         s.push(stoi(e));
        //     }
        // }
        // return s.top();
//法2:
        stack<int>s;
        map<string,function<int(int,int)>>opfunmap={
        {"+",[](int x,int y){return x+y;}},
        {"-",[](int x,int y){return x-y;}},
        {"*",[](int x,int y){return x*y;}},
        {"/",[](int x,int y){return x/y;}}
        };
        for(auto e:tokens)
        {
            if(opfunmap.count(e))
            {
                int r=s.top();
                s.pop();
                int l=s.top();
                s.pop();
               int ret= opfunmap[e](l,r);
               s.push(ret);
            }
            else{
                s.push(stoi(e));
            }
        }
        return s.top();
    }
};

4.2 bind

bind 是⼀个函数模板,它也是⼀个可调⽤对象的包装器,可以把他看做⼀个函数适配器,对接收 的fn可调⽤对象进⾏处理后返回⼀个可调⽤对象。 bind 可以⽤来调整参数个数和参数顺序。 bind 也在这个头⽂件中。

• 调⽤bind的⼀般形式: auto newCallable = bind(callable,arg_list); 其中 newCallable本⾝是⼀个可调⽤对象,arg_list是⼀个逗号分隔的参数列表,对应给定的callable的 参数。当我们调⽤newCallable时,newCallable会调⽤callable,并传给它arg_list中的参数。

• arg_list中的参数可能包含形如_n的名字,其中n是⼀个整数,这些参数是占位符,表示 newCallable的参数,它们占据了传递给newCallable的参数的位置。数值n表⽰⽣成的可调⽤对象 中参数的位置:_1为newCallable的第⼀个参数,_2为第⼆个参数,以此类推。_1/_2/_3....这些占 位符放到placeholders的⼀个命名空间中。

#include<functional>
using placeholders::_1;
using placeholders::_2;
using placeholders::_3;
int Sub(int a, int b)
{
	return (a - b) * 10;
}
int Subx(int a, int b,int c)
{
	return (a - b-c) * 10;
}
class Plus
{
public:
	static int plusi(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
	double plusd(double a, double b)
	{
		return a + b;
	}
};
int main()
{
	auto sub1 = bind(Sub, _1, _2);
	cout << sub1(10, 5) << endl;//输出50
	// bind 本质返回的⼀个仿函数对象 
    // 调整参数顺序(不常⽤) 
    // _1代表第⼀个实参 
    // _2代表第⼆个实参 
    // ...
	//function<int(int, int)>f1 = bind(Sub, _1, _2);
	auto sub2 = bind(Sub, _2, _1);
	cout << sub2(10, 5) << endl;//输出-50
	//调整参数个数(常用)
	auto sub3 = bind(Sub, 100, _1);
	cout << sub3(5) << endl;//绑死了a=100;
	auto sub4 = bind(Sub, _1, 100);
	cout << sub4(5) << endl;//绑死了b=100
	//分别绑死第123个参数
	auto sub5 = bind(Subx, 100, _1, _2);
	auto sub6= bind(Subx, _1, 100, _2);
	auto sub6 = bind(Subx, _1, _2,100);
	//成员函数对象继续绑定,就不用每次传了
	function<double(Plus&&, double, double)>f6 = &Plus::plusd;
	Plus pd;
	cout << f6(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;
	cout << f6(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;//匿名对象.匹配右值引用
	//bind直接绑死
	function<double( double, double)>f7 = bind(&Plus::plusd, Plus(), _1, _2);
	auto fun = [](double rate, double money, int year)
		{
			double ret = money;
			for (int i = 0; i < year; i++)
			{
				ret = ret * rate + ret;
			}
			return ret - money;
		};
	function<double(double)>f1 = bind(fun, 0.015, _1, 3);
	function<double(double)>f2 = bind(fun, 0.015, _1, 5);
	//....
	return 0;
}

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