1 引子

去年年底，开始学习C++11新标准，也曾经发表过一篇关于C++11新增内容的帖子，由于CSDN很纠结的编辑页面，最终这篇帖子烂尾了，实在是汗颜。

最近，在公司分享了关于C++11的部分内容，借此机会，对于平时常用的，以及在Visual Studio 2012中支持的一些功能进行了总结，也趁此发表这篇帖子，算是对上次烂尾的一个补足吧。

2 C++发展史

说到C++ 11新标准，必然应该先了解一下C++的整个发展历程。

1979年，C++之父Bjarne Stroustrup开始扩展原有C语言的功能，使其支持面向对象的一些新特性。

1983年，C++正式出现，原来的名字为C with Classes，同时加入了很多新特性，例如虚函数等。

1985年，C++的经典巨作《The C++ Programming Language》（简称TCPL）第一版发布，如今已于2013年5月更新到第四版了。

1998年，C++标准委员会发布了第一个版本的C++标准，即我们常说的C++98。

2003年，第二个版本的标准发布，主要是修正C++98中出现的一些缺陷。

2005年，发布了技术报告Library Technical Report 1，简称TR1，提供了很多有望成为下一个版本标准的C++特性。

2011年，经过了10多年的时间，C++标准委员会终于发布了第三个版本的C++标准。

2014年，发布了第四个版本标准，主要是对C++11缺陷的修正和部分功能的添加。

3 C++11新增功能(部分)和VS12支持状况

此处只列举了部分功能以及VisualStudio 2012对其的支持，其他更多的功能请参考C++ 11的标准文档。

4 功能详解

4.1 Lambda表达式

Lambda表达式是C++ 11标准中非常实用的一个功能，也是非常重要的一个功能，应该是每个人都应该熟练掌握的。

4.1.1 基本声明

Lambda表达式是一个匿名函数，即只有函数体，没有名字的函数。C++ 11中Lambda表达式的基本语法为：

[capture list] (parameterlist)
mutable ->return type { function body }

Lambda表达式的使用要注意几点。第一，非黑色部分标注的为可省略的部分，即一个最简单的表达式可以为：

void S1_SimpleLambda()
{
    auto simpleLambda = []{std::cout << "SimpleLambda" << std::endl;};
    return simpleLambda();
}

第二，一个Lambda表达式默认是const类型的，即不能改变父作用域内任意变量的值。如果想要改变，则需要增加mutable声明，添加mutable声明后，参数列表不可省略。例如：

void ValueCaptureTest2()
{
    int intValue = 0;
    auto test2 = [=]() mutable {std::cout << "Lambda: " << ++intValue << std::endl;};
    test2();
    std::cout << "Out Lambda: " << intValue << std::endl;
}

第三，Lambda表达式默认是一个内联的函数，编译器会对其调用进行优化，所以一个Lambda表达式应该短小精悍。

4.1.2 捕获列表

Lambda表达式的捕获列表（Capture List）主要有以下几种：

?  [var]   表示值传递方式捕捉变量var。

?  [=]       表示值传递方式捕捉所有父作用域的变量（包括this）。

?  [&var]         表示引用传递方式捕捉变量var。

?  [&]      表示引用传递方式捕捉父作用域的变量（包括this）。

?  [this]  表示值传递方式捕捉当前的this指针。

捕获列表是一个很容易出错的地方，所以应该加强注意。下面是几个简单的示例。第一，使用值传递方式进行捕获：

class FMNValueCapture
{
public:
    FMNValueCapture() : m_intValue(0) {}

    void ValueCaptureTest1()
    {
        auto test1 = [=]{std::cout << "Lambda: " << ++m_intValue << std::endl;};
        test1();
        std::cout << "Out Lambda: " << m_intValue << std::endl;
    }

    void ValueCaptureTest2()
    {
        int intValue = 0;
        auto test2 = [=]() mutable {std::cout << "Lambda: " << ++intValue << std::endl;};
        test2();
        std::cout << "Out Lambda: " << intValue << std::endl;
    }

private:
    int m_intValue;
};

第二，使用引用传递方式进行捕获：

void S3_ReferenceCapture()
{
	int intValue = 0;
	auto refCap = [&intValue]{std::cout << "Lambda: " << ++intValue << std::endl;};
	refCap();
	std::cout << "Out Lambda: " << intValue << std::endl;
}

上面仅列举了几个例子，具体还要大家亲自进行尝试才能融会贯通。

4.1.3 Lambda与STL

Lambda表达式与STL中各种容器和算法组合使用，才是威力最为强大的所在。下面列举一个例子，大家可以参考一下，例子为遍历map，并对map的值进行处理（示例分别对其加1并输出）：

typedef std::map<int, int> FMNIntMap;

void S4_StlExample()
{
    FMNIntMap intMap;
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        intMap.insert(std::make_pair(i, i));
    }

    std::cout << "first time." << std::endl;
    std::transform(intMap.begin(), intMap.end(),
        std::ostream_iterator<std::string>(std::cout, "\n"),
        [](FMNIntMap::value_type& val)->std::string
    {
        std::stringstream ss;
        ss << "first: " << val.first << ", second: " << val.second;
        return ss.str();
    });

    std::cout << "second time." << std::endl;
    std::for_each(intMap.begin(), intMap.end(), [](std::pair<const int, int>& val)
    {
        ++val.second;
    });
    std::transform(intMap.begin(), intMap.end(),
        std::ostream_iterator<std::string>(std::cout, "\n"),
        [](FMNIntMap::value_type& val)->std::string
    {
        std::stringstream ss;
        ss << "first: " << val.first << ", second: " << val.second;
        return ss.str();
    });
}

4.1.4 Lambda与仿函数

通过上面的例子，大家可以发现，Lambda表达式和仿函数的用法非常相似。但是与仿函数还是有所区别。

第一，Lambda表达式默认为内联函数，而仿函数不是。

第二，仿函数可以具有状态（即成员），通过状态来分别执行不同的分支，但是Lambda不可以。

第三，仿函数可以跨作用域，而Lambda不可以，例如下面这段代码是错误的：

static int g_intVal = 1;

void S5_OutScope()
{
    auto outScope = [g_intVal]{std::cout << "Lambda: " << ++g_intVal << std::endl;};
    outScope();
}

4.2 类型推导与返回值类型追踪

C++ 11中增加了强大的类型推导功能，使得开发效率得以提升，并且大幅度简化简洁了代码。

4.2.1 类型推导

类型推导主要有两个，auto和decltype，通过一个简单的例子，就可以明白它们的具体功能。

void S6_AutoDecltype()
{
    std::vector<int> intVec;
    std::vector<int>::iterator intVecIter1 = intVec.begin();
    auto intVecIter2 = intVec.begin();
    decltype(intVec.begin()) intVecIter3 = intVec.begin();
}

这样，就可以不必定义复杂的迭代器，也不必担心各种计算类型。但是需要注意的是，要区分推导类型是引用传递还是值传递。

4.2.2 返回值追踪

既然有了类型推导，想必大家会想如果返回值也是自动推导，岂不不用担心各种复杂的逻辑了？例如下面的代码：

template <class T1, class T2>
decltype(t1 + t2) Sum(T1& t1, T2& t2)
{
    return (t1 + t2);
}

这样，就可以任意类型，只要支持加法运算，就可以进行加和了，例如int和double值进行加和等。但是编译器推导(t1 + t2)时，由于是从左向右解析，故此时尚未知t1和t2的类型，所以推导失败。

为了解决这个问题，C++11提出了返回值追踪的功能。

template <class T1, class T2>
auto Sum(T1& t1, T2& t2) -> decltype(t1 + t2)
{
    return (t1 + t2);
}

4.3 基于范围的for循环

这个比较简单，直接参考示例代码：

void S11_ForRange()
{
    std::vector<int> intVec;
    intVec.push_back(1);
    intVec.push_back(3);
    intVec.push_back(5);
    intVec.push_back(7);

    for (auto i : intVec)
    {
        std::cout << i << std::endl;
    }

    int intArray[] = {2, 4, 6, 8};
    for (auto i : intArray)
    {
        std::cout << i << std::endl;
    }
}

4.4 空指针nullptr

对于常用的NULL来说，其本质上是具有二义性的，例如：

void NullFunc(int val)
{
    std::cout << "null is int." << std::endl;
}

void NullFunc(void* pVal)
{
    std::cout << "null is a pointer" << std::endl;
}

void S9_Nullptr()
{
    static_assert(NULL == nullptr, "Error: nullptr is not NULL");

    NullFunc(NULL);
}

NULL本质上为指针，但是定义却为0，即该函数会将NULL做为一个int值处理，产生了二义性。所以对于这个场景，C++ 11提出了nullptr，我们的代码中应该尽量用nullptr来标识一个空指针。

4.5 强类型enum和前置声明

首先说enum的前置声明，这个与struct和class的前置声明类似，例子如下：

enum class EnumClass : char;

class RCEnumPreDef
{
private:
    EnumClass m_type;
};

enum class EnumClass : char
{
    TYPE_A,
    TYPE_B,
    TYPE_C,
    TYPE_D = 30000,
};

其次，可以将enum定义为class类型，这样使用时候必须加作用域限制，提高了安全性。并且可以指定enum的范围，当超过范围时，作为溢出处理。

但是声明为强类型后，不能使用int或者char等进行enum的遍历比较操作，这个应在使用时进行权衡。

4.6 override与final

override和final主要用来对基类virtual函数的覆盖做声明。

override即声明该函数是对基类函数的覆盖，当参数不同或者返回值不同或者基类函数不为虚函数时，编译器会提示error。

final则是对某一函数的覆盖做终止。即子类不能再对此函数覆盖，如果覆盖，编译器会提示error。

通过override和final，可以提高代码的安全性，明确接口，终止接口覆盖等好处。

示例代码如下：

class FMNBase
{
public:
    FMNBase() {}

    virtual ~FMNBase() {}

    virtual void Func(int) {std::cout << "Base" << std::endl;}
};

class FMNChildA : public FMNBase
{
public:
    void Func(int) override {std::cout << "A Override" << std::endl;}
};

class FMNChildB : public FMNChildA
{
public:
    void Func(int) final {std::cout << "B Override" << std::endl;}
};

class FMNChildC : public FMNChildB
{
public:
    // Error
    void Func(int) override {std::cout << "C Override" << std::endl;}
};

class FMNChildD : public FMNChildA
{
public:
    // Error
    void Func() override {std::cout << "D Override" << std::endl;}
};

4.7 右值引用

为了定义“右值引用”的概念，首先说明左值，右值的含义，加深对此的理解。

左值，是指可以放在赋值符号“=”的左边，但其实也表示能作为&和++等操作符的操作数。可以取其地址和名字。

右值，指的是引用了一个存储在某个内存地址里的数据。不能取其地址，且没有名字。又分为“将亡值”和“纯右值”两种。纯右值即C++98标准中的右值，例如一些字面量等。将亡值即C++11标准中的右值引用。

通过右值引用，可以大幅度提高代码的效率，因为本质上通过内存的转移，可以减少拷贝构造等过程。

下面仅为一个简单的示例，C++ 11实际上提供了对右值引用非常多的支持和定义，所以具体还请参考C++ 11的标准文档。

void ValueFunc(int& val)
{
    std::cout << "Left Value: " << val << std::endl;
}

void ValueFunc(int&& val)
{
    std::cout << "Right Value: " << val << std::endl;
}

void S8_RightValue()
{
    int intVal = 0;
    ValueFunc(intVal);
    ValueFunc(1);
}

4.8 其他

除了上述重要的特性外，还有一些较简单的特性，不在详细讨论，例如：

1. static_assert 编译期的静态断言。

2. STL库新增内容，包括array，forward_list，unordered_map，unordered_set等容器，以及新增的算法。

3. UTF8等编码转换，可以参考头文件<codecvt>。

4. 类型萃取，可以参考头文件<type_trains>

当然，还有其他很多Visual Studio 2012不支持，或者部分支持的特性，如果使用，还请务必参考微软的官方文档。

5 进一步思考

人生总是有太多的迷茫与惆怅，有些时候不知道到底该执着下去还是应该放弃。过去，多少个马云在进行拼搏，可是马云终究只有一个。人生总是有两条路要走，第一是选择，第二是坚持。

一个人，如果没有对选择有信心，那他又是凭借着什么坚持呢？转眼间，一年就要过去了，去年写之前那篇文章时的场景还历历在目，如今却茫茫然的“情不知所起，一往而深”的迷茫着。

C++11，许多东西在不知不觉中了然在胸，许多东西看了许多遍却依然有待继续深入。写了这篇文章，又收获了许多许多，真是非常感谢教会我分享的人们！