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C++17

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C++17 是C++規格委員會於2017年制定的規格（ISO/IEC 14882），接替C++14規格，後被C++20規格取代。

歷史

在C++規格委員會制定此次的三年期規格之前，C++17規格的發佈日期是不確定的。在這段日期中，C++17草案（draft）也被稱為C++1z，正如C++11草案名C++0x或C++1x，C++14草案名C++1y。C++17規格於2017年3月完成國際規格草案（Draft International Standard DIS）階段，並於同年12月完成最終規格發佈。17規格對C++語法進行了加強，並對規格模板庫進行了些許修改，如給<algorithm>庫中演算法增加了執行策略execution以支援平行計算。

新功能

  • 靜態斷言static_assert無需提供出錯資訊[1]
  • 移除 trigraphs[2][3]
  • 具有模板形式的模板（template template）參數允許使用 typename（之前僅允許使用 class）[4]
  • std::uncaught_exceptions 取代 std::uncaught_exception[5][6]
  • 變長參數模板的Folding運算[6][7]
  • 容器存取操作表示方法的統一化（Uniform container access）[8][9]
  • 連續型迭代器（Contiguous Iterators）[8][10]
  • 新增特殊數學函數[11]
  • 引進Library Fundamentals TS I中的內容[12]

類別模板的模板參數推導

模板類构造式能自動推導模板參數的型别(Class template argument deduction, CTAD)。例如允許以pair(5.0, false) 取代pair<double,bool>(5.0, false) 

template <typename T = float>
struct MyContainer {
  T val;
  MyContainer() : val{} {}
  MyContainer(T val) : val{val} {}
  // ...
};
MyContainer c1 {1}; // OK MyContainer<int>
MyContainer c2; // OK MyContainer<float>

任何指定變數或變數模板的初始化的宣告，其宣告的型别是類別模板（可能是 cv 限定的）。如std::pair p(2, 4.5); // deduces to std::pair<int, double> p(2, 4.5); new表達式，如template<class T>struct A{ A(T, T);}; auto y = new A{1, 2}; // allocated type is A<int>

用auto宣告非型别模板參數

依據auto的推到規則，在可允許型别的非型别模板參數情況下，可從實參型别推導出模板參數： 

template <auto... seq>
struct my_integer_sequence {
  // Implementation here ...
};

// Explicitly pass type `int` as template argument.
auto seq = std::integer_sequence<int, 0, 1, 2>();
// Type is deduced to be `int`.
auto seq2 = my_integer_sequence<0, 1, 2>();

摺疊表達式

摺疊表達式在運算子上執行模板參數包的展開計算。

  • 單元摺疊：形如 (... op e) or (e op ...)表達式，其中 op 是摺疊運算子，e 是未展開的模板參數包。
  • 二元摺疊：形如(e1 op ... op e2)表達式， 其中 op 是摺疊運算子，e1或e2 是未展開的模板參數包。
template <typename... Args>
bool logicalAnd(Args... args) {
    // Binary folding.
    return (true && ... && args);
}
bool b = true;
bool& b2 = b;
logicalAnd(b, b2, true); // == true

template <typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    // Unary folding.
    return (... + args);
}
sum(1.0, 2.0f, 3); // == 6.0

大括號初始化串列的新的自動推導規則

以前auto x {3}; 將被推導為std::initializer_list<int>, 現在推導為int。[13][14] 

auto x1 {1, 2, 3}; // error: not a single element
auto x2 = {1, 2, 3}; // x2 is std::initializer_list<int>
auto x3 {3}; // x3 is int
auto x4 {3.0}; // x4 is double

constexpr lambda

auto identity = [](int n) constexpr { return n; };
static_assert(identity(123) == 123);

constexpr auto add = [](int x, int y) {
  auto L = [=] { return x; };
  auto R = [=] { return y; };
  return [=] { return L() + R(); };
};

static_assert(add(1, 2)() == 3);

constexpr int addOne(int n) {
  return [n] { return n + 1; }();
}

static_assert(addOne(1) == 2);

Lambda函式中按值擷取this指標

以前this指標在lambda函式只能按參考擷取。現在 *this 擷取對象的副本，而 this (C++11)繼續擷取參考。 

struct MyObj {
  int value {123};
  auto getValueCopy() {
    return [*this] { return value; };
  }
  auto getValueRef() {
    return [this] { return value; };
  }
};
MyObj mo;
auto valueCopy = mo.getValueCopy();
auto valueRef = mo.getValueRef();
mo.value = 321;
valueCopy(); // 123
valueRef(); // 321

行內變數

過去關鍵字inline可用於函式宣告，現在也可以用於變數宣告，表示函式或定義可定義（但內容必須完全相同）多次。這允許在標頭檔中定義一個行內變數。

  • 行內的函式或變數必須在編譯單元內可達（但不一定在訪問點之前）
  • 在每個編譯單元中都是行內宣告的
  • 行內變數必須是靜態記憶體（類靜態成員或命名空間作用域變數），不能用於塊作用域變數或函式作用域變數。
struct S {
  S() : id{count++} {}
  ~S() { count--; }
  int id;
  static inline int count{0}; // declare and initialize count to 0 within the class
};

巢狀的命名空間

如下：[14][15] 

namespace A {
  namespace B {
    namespace C {
      int i;
    }
  }
}

//The code above can be written like this:

namespace A::B::C {
  int i;
}

結構化繫結

變數定義初始化時，允許形如 auto [ x, y, z ] = expr;，其中expr的「元組類似的對象」包括std::tuple, std::pair, std::array等聚合結構。 

using Coordinate = std::pair<int, int>;
Coordinate origin() {
  return Coordinate{0, 0};
}

const auto [ x, y ] = origin();
x; // == 0
y; // == 0

std::unordered_map<std::string, int> mapping {
  {"a", 1},
  {"b", 2},
  {"c", 3}
};

// Destructure by reference.
for (const auto& [key, value] : mapping) {
  // Do something with key and value
}

帶初始化的選擇述句

if和switch述句允許如下的變數宣告和初始化： 

{
  std::lock_guard<std::mutex> lk(mx);
  if (v.empty()) v.push_back(val);
}
// vs.
if (std::lock_guard<std::mutex> lk(mx); v.empty()) {
  v.push_back(val);
}

Foo gadget(args);
switch (auto s = gadget.status()) {
  case OK: gadget.zip(); break;
  case Bad: throw BadFoo(s.message());
}
// vs.
switch (Foo gadget(args); auto s = gadget.status()) {
  case OK: gadget.zip(); break;
  case Bad: throw BadFoo(s.message());
}

constexpr if

//适用场景1：简化模版偏特化的写法
template <typename T>
constexpr bool isIntegral() {
  if constexpr (std::is_integral<T>::value) {
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}
static_assert(isIntegral<int>() == true);
static_assert(isIntegral<char>() == true);
static_assert(isIntegral<double>() == false);
struct S {};
static_assert(isIntegral<S>() == false);

//适用场景2：编写变参模版函数
template<int N, int...Ns>
int Sum()
{
  if constexpr(0 == sizeof...(Ns))
    return N;
  else
    return N+Sum<Ns...> ();
}

//使用场景3：替代enable_if。编写模板函数时，经常要使用enable_if语句来进行静态类型检查，保证模板输入的类型满足某种要求
template <typename T>
bool IsOdd(T input){
 if constexpr (std::is_integral<T>::value) //
   return static_cast<bool>(input % 2);
}

utf8字面量

如下：[6][16] 

char x = u8'x';

列舉型别變數直接用大括號初始化

enum byte : unsigned char {};
byte b {0}; // OK
byte c {-1}; // ERROR
byte d = byte{1}; // OK
byte e = byte{256}; // ERROR

fallthrough, nodiscard, maybe_unused特性

C++17 引入了3個特性（attribute）: fallthrough, nodiscard, maybe_unused. 

//fallthrough指示编译器直通一个switch语句：
switch (n) {
  case 1: 
    // ...
    [[fallthrough]]
  case 2:
    // ...
    break;
}

//nodiscard引发一个警告，当具有该特性的函数或类的返回值被忽略：
[[nodiscard]] bool do_something() {
  return is_success; // true for success, false for failure
}

do_something(); // warning: ignoring return value of 'bool do_something()',
                // declared with attribute 'nodiscard'

// Only issues a warning when `error_info` is returned by value.
struct [[nodiscard]] error_info {
  // ...
};

error_info do_something() {
  error_info ei;
  // ...
  return ei;
}

do_something(); // warning: ignoring returned value of type 'error_info',
                // declared with attribute 'nodiscard'

//maybe_unused告诉编译器变量或参数可能未被使用：
void my_callback(std::string msg, [[maybe_unused]] bool error) {
  // Don't care if `msg` is an error message, just log it.
  log(msg);
}

__has_include運算子

__has_include運算子用在#if 和 #elif表達式，以檢查是否一個標頭檔或原始檔可否包含。 

//下例有两个相同作用的头文件，如果主文件不能包含， 就使用backup/experimental头文件：
#ifdef __has_include
#  if __has_include(<optional>)
#    include <optional>
#    define have_optional 1
#  elif __has_include(<experimental/optional>)
#    include <experimental/optional>
#    define have_optional 1
#    define experimental_optional
#  else
#    define have_optional 0
#  endif
#endif

//也可以用在不同位置、不同名字但具有相同地位的头文件的包含：
#ifdef __has_include
#  if __has_include(<OpenGL/gl.h>)
#    include <OpenGL/gl.h>
#    include <OpenGL/glu.h>
#  elif __has_include(<GL/gl.h>)
#    include <GL/gl.h>
#    include <GL/glu.h>
#  else
#    error No suitable OpenGL headers found.
# endif
#endif

std::variant

std::variant模板類實做了型别安全的union 

std::variant<int, double> v{ 12 };
std::get<int>(v); // == 12
std::get<0>(v); // == 12
v = 12.0;
std::get<double>(v); // == 12.0
std::get<1>(v); // == 12.0

std::optional

std::optional類別模板可能包含一個值或者可能不包含值： 

std::optional<std::string> create(bool b) {
  if (b) {
    return "Godzilla";
  } else {
    return {};//或者 return std::nullopt;
  }
}

create(false).has_value();//返回true或false
*create(false);//返回值；如果无值，则返回T()
create(false).value_or("empty"); // == "empty"
create(true).value(); // == "Godzilla"
// optional-returning factory functions are usable as conditions of while and if
if (auto str = create(true)) {
  // ...
}

std::any

std::any模板類是型别安全的包含任何型别的值： 

std::any x {5};
x.has_value() // == true
std::any_cast<int>(x) // == 5
std::any_cast<int&>(x) = 10;
std::any_cast<int>(x) // == 10

std::string_view

std::string_view類是不擁有字元序列的情況可以讀取其值：[17] 

// Regular strings.
std::string_view cppstr {"foo"};
// Wide strings.
std::wstring_view wcstr_v {L"baz"};
// Character arrays.
char array[3] = {'b', 'a', 'r'};
std::string_view array_v(array, std::size(array));

std::string str {"   trim me"};
std::string_view v {str};
v.remove_prefix(std::min(v.find_first_not_of(" "), v.size()));
str; //  == "   trim me"
v; // == "trim me"

std::string_view不提供c_str()成員函式。

std::invoke

std::invoke用於喚起「可喚起對象」。 

template <typename Callable>
class Proxy {
  Callable c;
public:
  Proxy(Callable c): c(c) {}
  template <class... Args>
  decltype(auto) operator()(Args&&... args) {
    // ...
    return std::invoke(c, std::forward<Args>(args)...);
  }
};
auto add = [](int x, int y) {
  return x + y;
};
Proxy<decltype(add)> p {add};
p(1, 2); // == 3

std::apply

std::apply把std::tuple參數應用於可喚起對象： 

auto add = [](int x, int y) {
  return x + y;
};
std::apply(add, std::make_tuple(1, 2)); // == 3

std::filesystem

std::filesystem可操作檔案、目錄、路徑：[18] 

const auto bigFilePath {"bigFileToCopy"};
if (std::filesystem::exists(bigFilePath)) {
  const auto bigFileSize {std::filesystem::file_size(bigFilePath)};
  std::filesystem::path tmpPath {"/tmp"};
  if (std::filesystem::space(tmpPath).available > bigFileSize) {
    std::filesystem::create_directory(tmpPath.append("example"));
    std::filesystem::copy_file(bigFilePath, tmpPath.append("newFile"));
  }
}

std::byte

std::byte型别既不是字元型别，也不是算術型别，實際上是列舉型别： 

std::byte a {0};
std::byte b {0xFF};
int i = std::to_integer<int>(b); // 0xFF
std::byte c = a & b;
int j = std::to_integer<int>(c); // 0

maps 和 sets 上更有效率地移動節點

零開銷的節點操作：[19][8] 

//Moving elements from one map to another:
std::map<int, string> src {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "buckle my shoe"}};
std::map<int, string> dst {{3, "three"}};
dst.insert(src.extract(src.find(1))); // Cheap remove and insert of { 1, "one" } from `src` to `dst`.
dst.insert(src.extract(2)); // Cheap remove and insert of { 2, "two" } from `src` to `dst`.
// dst == { { 1, "one" }, { 2, "two" }, { 3, "three" } };

//Inserting an entire set:
std::set<int> src {1, 3, 5};
std::set<int> dst {2, 4, 5};
dst.merge(src);
// src == { 5 }
// dst == { 1, 2, 3, 4, 5 }

//Inserting elements which outlive the container:
auto elementFactory() {
  std::set<...> s;
  s.emplace(...);
  return s.extract(s.begin());
}
s2.insert(elementFactory());

//Changing the key of a map element:
std::map<int, string> m {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
auto e = m.extract(2);
e.key() = 4;
m.insert(std::move(e));
// m == { { 1, "one" }, { 3, "three" }, { 4, "two" } }

並列演算法

許多STL演算法，如copy, find 和 sort，支援並列執行政策：seq, par, par_unseq, unseq分別表示"sequentially", "parallel", "parallel unsequenced", "unsequenced".[20] 

std::vector<int> longVector;
// Find element using parallel execution policy
auto result1 = std::find(std::execution::par, std::begin(longVector), std::end(longVector), 2);
// Sort elements using sequential execution policy
auto result2 = std::sort(std::execution::seq, std::begin(longVector), std::end(longVector));

註釋

  1. ^ N3928: Extending static_assert, v2 (Walter E. Brown) (PDF). [2015-07-16]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-08-11）. 
  2. ^ N3981: Removing trigraphs??! (Richard Smith). 2014-05-06 [2015-07-16]. （原始內容存檔於2018-07-09）. 
  3. ^ IBM comment on preparing for a Trigraph-adverse future in C++17 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, IBM paper N4210, 2014-10-10. Authors: Michael Wong, Hubert Tong, Rajan Bhakta, Derek Inglis
  4. ^ N4051: Allow typename in a template template parameter (Richard Smith). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-08-11）. 
  5. ^ N4259: Wording for std::uncaught_exceptions (Herb Sutter) (PDF). [2015-07-16]. （原始內容 (PDF)存檔於2014-11-29）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 New core language papers adopted for C++17. [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-04-27）. 
  7. ^ N4295: Folding expressions (Andrew Sutton, Richard Smith). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-04-04）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 New standard library papers adopted for C++17. [2015-07-16]. （原始內容存檔於2014-11-29）. 
  9. ^ N4280: Non-member size() and more (Riccardo Marcangelo) (PDF). [2015-07-16]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-03-09）. 
  10. ^ N4284: Contiguous Iterators (Jens Maurer). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2014-11-29）. 
  11. ^ Mathematical Special Functions for C++17, v5 (PDF). [2016-08-02]. （原始內容存檔 (PDF)於2016-04-05）. 
  12. ^ Adopt Library Fundamentals V1 TS Components for C++17 (R1). [2016-08-02]. （原始內容存檔於2016-04-05）. 
  13. ^ N3922: New Rules for auto deduction from braced-init-list (James Dennett). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-08-10）. 
  14. ^ 14.0 14.1 Updates to my trip report. [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-03-19）. 
  15. ^ N4230: Nested namespace definition (Robert Kawulak, Andrew Tomazos). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-08-03）. 
  16. ^ N4267: Adding u8 character literals (Richard Smith). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-10-28）. 
  17. ^ std::basic_string_view - cppreference.com. en.cppreference.com. [2016-06-23]. （原始內容存檔於2016-06-17）. 
  18. ^ Filesystem Library Proposal (Beman Dawes). [2016-08-02]. （原始內容存檔於2016-07-20）. 
  19. ^ N4279: Improved insertion interface for unique-key maps (Thomas Köppe). [2015-07-16]. （原始內容存檔於2015-04-27）. 
  20. ^ The Parallelism TS Should be Standardized. [2016-08-02]. （原始內容存檔於2016-04-05）. 

另見

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