C++20新特性解析

C++之父都說過，C++20是C++語言的一次重大變革，引入了大量的新特性。

這其中個(gè)人認(rèn)為最重要新特性是這三個(gè)：

• Modules

• Coroutines

• Concepts

Modules

直接看代碼：

// helloworld.cpp
export module helloworld;  // module declaration
import ;         // import declaration
export void hello() {      // export declaration
    std::cout << "Hello world!
";
}

?

// main.cppimport helloworld;  // import declaration
int main() {
    hello();
}

每個(gè)C++開發(fā)者應(yīng)該都知道include方式是將header中的代碼拷貝一份到源文件中，在大的工程項(xiàng)目中還有很多冗余的include，種種原因，導(dǎo)致編譯速度相當(dāng)?shù)穆?，而modules卻大大改善了這種問題。

modules使用方式和include差不多，但modules使用比include頭文件速度更快，C++全球開發(fā)者大會(huì)中，C++之父貼出來過測(cè)試數(shù)據(jù)，modules效率比include高了25倍。

以后modules肯定會(huì)是主流使用方式。

Coroutines

協(xié)程是一種比線程和進(jìn)程更高效的多任務(wù)處理模型。

在C++20中，終于把協(xié)程引了進(jìn)來，協(xié)程具體還分為有棧協(xié)程和無棧協(xié)程，兩者對(duì)比，無棧協(xié)程是更高效的協(xié)程。

而C++20支持的就是無棧協(xié)程，為此提供了三個(gè)關(guān)鍵字：

• co_await：暫停執(zhí)行，直到恢復(fù)

• co_yield：暫停執(zhí)行，返回一個(gè)值

• co_return：完成執(zhí)行，返回一個(gè)值

?

這是一段cppreference上，協(xié)程相關(guān)的示例代碼：

#include #include #include #include 
auto switch_to_new_thread(std::jthread& out) {
  struct awaitable {
    std::jthread* p_out;
    bool await_ready() { return false; }
    void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) {
      std::jthread& out = *p_out;
      if (out.joinable())
        throw std::runtime_error("Output jthread parameter not empty");
      out = std::jthread([h] { h.resume(); });
      // Potential undefined behavior: accessing potentially destroyed *this
      // std::cout << "New thread ID: " << p_out->get_id() << '
';
      std::cout << "New thread ID: " << out.get_id() << '
'; // this is OK
    }
    void await_resume() {}
  };
  return awaitable{&out};
}


struct task{
  struct promise_type {
    task get_return_object() { return {}; }
    std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }
    std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }
    void return_void() {}
    void unhandled_exception() {}
  };
};


task resuming_on_new_thread(std::jthread& out) {
  std::cout << "Coroutine started on thread: " << std::get_id() << '
';
  co_await switch_to_new_thread(out);
  // awaiter destroyed here
  std::cout << "Coroutine resumed on thread: " << std::get_id() << '
';
}


int main() {
  std::jthread out;
  resuming_on_new_thread(out);
}

目前C++20只是從語法層面對(duì)協(xié)程做了支持，還沒有相關(guān)的協(xié)程庫，要想使用協(xié)程，還需要引入?yún)f(xié)程庫，但不可否認(rèn)，C++20已經(jīng)支持了協(xié)程，以后在這方面肯定會(huì)越來越完善。

前一段時(shí)間參加的C++全球開發(fā)者大會(huì)，C++之父也說過會(huì)全力在C++23標(biāo)準(zhǔn)中引入對(duì)協(xié)程庫的支持。

Concepts

Concepts在模板編程中起到重大的作用， 類模板、函數(shù)模板和非模板函數(shù)(通常是類模板的成員)可以與一個(gè)約束相關(guān)聯(lián)，這個(gè)約束指定了對(duì)模板實(shí)參的要求，這些實(shí)參可用于選擇最合適的函數(shù)重載和模板特化。

很多人應(yīng)該都知道SFINAE，在C++20前多數(shù)都在使用std::enable_if，這相當(dāng)?shù)穆闊?，代碼可讀性也不高，編譯器報(bào)錯(cuò)信息也不是很友好，而有了Concepts就方便的多， 每個(gè)Concepts都是一個(gè)謂詞，在編譯時(shí)計(jì)算，并成為模板接口的一部分，在那里它被用作約束：

#include #include #include 
template<typename T>
concept Hashable = requires(T a) {
    { std::hash{}(a) } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};
struct meow {};
// Constrained C++20 function template:
template
void f(T) {}


int main() {
  using std::operator""s;
  f("abc"s); // OK, std::string satisfies Hashable
  //f(meow{}); // Error: meow does not satisfy Hashable
}

其實(shí)C++20還有一些特性我比較喜歡，比如std::jthread，真真切切的解決了std::thread存在的舊有問題。

還有fmt，因?yàn)?strong>cout方式輸出復(fù)雜的格式很麻煩：比如我想輸出a + b = c：

std::cout << a << " + " << b << " = " << c << std::endl;

是不是很麻煩，那可以使用printf？

printf("%d + %d = %d 
", a, b, c);

但printf需要開發(fā)者填入變量格式，如果填寫有誤，有可能打印錯(cuò)誤，也有可能crash：

• 某個(gè)long long 型，使用%d打印會(huì)怎么樣？

• 某個(gè)int32_t型，使用%lld打印會(huì)怎么樣？

• 某個(gè)const char* 型，使用%d打印會(huì)怎么樣？

• 某個(gè)float型，使用%d打印會(huì)怎么樣？

?

所以使用printf會(huì)給開發(fā)者帶來負(fù)擔(dān)，一定要在打印前確認(rèn)變量的類型，并且一定要保證配置的輸出格式正確，我想大多數(shù)人可能都會(huì)在print某個(gè)變量前搜索過打印某個(gè)類型需要使用哪種格式吧？

那用啥呢？cout配合format。

std::cout << std::format("{} + {} = {} 
", a, b, c);

C++20其實(shí)還有很多有意思的新特性，而這些特性在這本書中都有詳細(xì)的介紹，大家感興趣可以看看。

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