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C++20最重要的三個新特性

時間:2024-02-15

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。

這其中個人認為最重要新特性是這三個:

  • Modules

  • Coroutines

  • Concepts

Modules

直接看代碼:

// helloworld.ixxexport module helloworld;  // module declarationimport <iostream>;         // import declarationexport void hello() {      // export declaration    std::cout << "Hello world!\n";}


// main.cpp\n import helloworld;  // import declarationint main() {    hello();}

每個C++開發者應該都知道include方式是將header中的代碼拷貝一份到源文件中,在大的工程項目中還有很多冗余的include,種種原因,導致編譯速度相當的慢,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++全球開發者大會中,C++之父貼出來過測試數據,modules效率比include高了25倍。

以后modules肯定會是主流使用方式。

Coroutines

協程是一種比線程和進程更高效的多任務處理模型。

在C++20中,終于把協程引了進來,協程具體還分為有棧協程和無棧協程,兩者對比,無棧協程是更高效的協程。

而C++20支持的就是無棧協程,為此提供了三個關鍵字:

  • co_await:暫停執行,直到恢復

  • co_yield:暫停執行,返回一個值

  • co_return:完成執行,返回一個值


這是一段cppreference上,協程相關的示例代碼:

#include <coroutine>#include <iostream>#include <stdexcept>#include <thread>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() << '\n';      std::cout << "New thread ID: " << out.get_id() << '\n'; // 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::this_thread::get_id() << '\n'; co_await switch_to_new_thread(out); // awaiter destroyed here std::cout << "Coroutine resumed on thread: " << std::this_thread::get_id() << '\n';}
int main() { std::jthread out; resuming_on_new_thread(out);}

目前C++20只是從語法層面對協程做了支持,還沒有相關的協程庫,要想使用協程,還需要引入協程庫,但不可否認,C++20已經支持了協程,以后在這方面肯定會越來越完善。

前一段時間參加的C++全球開發者大會,C++之父也說過會全力在C++23標準中引入對協程庫的支持。

Concepts

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

很多人應該都知道SFINAE,在C++20前多數都在使用std::enable_if,這相當的麻煩,代碼可讀性也不高,編譯器報錯信息也不是很友好,而有了Concepts就方便的多, 每個Concepts都是一個謂詞,在編譯時計算,并成為模板接口的一部分,在那里它被用作約束:

#include <string>#include <cstddef>#include <concepts>template<typename T>concept Hashable = requires(T a) {    { std::hash<T>{}(a) } -> std::convertible_to<std::size_t>;};struct meow {};// Constrained C++20 function template:template<Hashable T>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,因為cout方式輸出復雜的格式很麻煩: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 \n", a, b, c);

但printf需要開發者填入變量格式,如果填寫有誤,有可能打印錯誤,也有可能crash

  • 某個long long 型,使用%d打印會怎么樣?

  • 某個int32_t型,使用%lld打印會怎么樣?

  • 某個const char* 型,使用%d打印會怎么樣?

  • 某個float型,使用%d打印會怎么樣?


所以使用printf會給開發者帶來負擔,一定要在打印前確認變量的類型,并且一定要保證配置的輸出格式正確,我想大多數人可能都會在print某個變量前搜索過打印某個類型需要使用哪種格式吧

那用啥呢?cout配合format

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

C++20其實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的介紹,大家感興趣可以看看。

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