现代C++语言核心特性解析

本书是一本C++进阶图书，全书分为42章，深入探讨了从C++11到C++20引入的核心特性。书中不仅通过大量的实例代码讲解特性的概念和语法，还从编译器的角度分析特性的实现原理，书中还穿插了C++标准委员会制定特性标准时的一些小故事，帮助读者知其然也知其所以然。 本书适合因为工作需要学习C++新特性的C++从业者，同样也适合对C++新特性非常感兴趣的C++爱好者。而对于C++初学者来说，也有必要在理解C++基础知识后，通过本书来领略C++的另外一道风景。

谢丙堃，从事 C++ 开发工作十余年，先后在数家互联网公司担任 C++ 开发工程师和技术经理。他也是 C++ 语言的爱好者，热衷于研究 C++ 语言的新特性以及 C++ 模板元编程技术。

第 1章　新基础类型（C++11～C++20）1

1.1 整数类型long long1

1.2 新字符类型char16_t和char32_t4

1.2.1 字符集和编码方法4

1.2.2 使用新字符类型char16_t和char32_t5

1.2.3 wchar_t存在的问题6

1.2.4 新字符串连接7

1.2.5 库对新字符类型的支持7

1.3 char8_t字符类型8

1.4 总结8

第 2章　内联和嵌套命名空间（C++11～C++20）9

2.1 内联命名空间的定义和使用9

2.2 嵌套命名空间的简化语法11

2.3 总结13

第3章　auto占位符（C++11～C++17）14

3.1 重新定义的auto关键字14

3.2 推导规则16

3.3 什么时候使用auto18

3.4 返回类型推导20

3.5 lambda表达式中使用auto类型推导20

3.6 非类型模板形参占位符21

3.7 总结22

第4章　decltype说明符（C++11～C++17）23

4.1 回顾typeof和typeid23

4.2 使用decltype说明符24

4.3 推导规则27

4.4 cv限定符的推导29

4.5 decltype(auto)30

4.6 decltype(auto)作为非类型模板形参占位符31

4.7 总结32

第5章　函数返回类型后置（C++11）33

5.1 使用函数返回类型后置声明函数33

5.2 推导函数模板返回类型34

5.3 总结36

第6章　右值引用（C++11 C++17 C++20）37

6.1 左值和右值37

6.2 左值引用39

6.3 右值引用40

6.4 右值的性能优化空间42

6.5 移动语义43

6.6 值类别47

6.7 将左值转换为右值48

6.8 引用和引用折叠50

6.9 完美转发52

6.10 针对局部变量和右值引用的隐式移动操作55

6.11 总结57

第7章　lambda表达式（C++11～C++20）58

7.1 lambda表达式语法58

7.2 捕获列表60

7.2.1 作用域60

7.2.2 捕获值和捕获引用61

7.2.3 特殊的捕获方法64

7.3 lambda表达式的实现原理65

7.4 无状态lambda表达式68

7.5 在STL中使用lambda表达式68

7.6 广义捕获69

7.7 泛型lambda表达式72

7.8 常量lambda表达式和捕获*this72

7.9 捕获[=, this]73

7.10 模板语法的泛型lambda表达式74

7.11 可构造和可赋值的无状态lambda表达式76

7.12 总结77

第8章　非静态数据成员默认初始化（C++11 C++20）78

8.1 使用默认初始化78

8.2 位域的默认初始化79

8.3 总结80

第9章　列表初始化（C++11 C++20）81

9.1 回顾变量初始化81

9.2 使用列表初始化82

9.3 std::initializer_list详解84

9.4 使用列表初始化的注意事项86

9.4.1 隐式缩窄转换问题86

9.4.2 列表初始化的优先级问题87

9.5 指定初始化88

9.6 总结90

第 10章　默认和删除函数（C++11）91

10.1 类的特殊成员函数91

10.2 显式默认和显式删除95

10.3 显式删除的其他用法98

10.4 explicit和=delete99

10.5 总结100

第 11章　非受限联合类型（C++11）101

11.1 联合类型在C++中的局限性101

11.2 使用非受限联合类型102

11.3 总结106

第 12章　委托构造函数（C++11）107

12.1 冗余的构造函数107

12.2 委托构造函数110

12.3 委托模板构造函数114

12.4 捕获委托构造函数的异常115

12.5 委托参数较少的构造函数116

12.6 总结117

第 13章　继承构造函数（C++11）118

13.1 继承关系中构造函数的困局118

13.2 使用继承构造函数119

13.3 总结123

第 14章　强枚举类型（C++11 C++17 C++20）124

14.1 枚举类型的弊端124

14.2 使用强枚举类型129

14.3 列表初始化有底层类型枚举对象131

14.4 使用using打开强枚举类型133

14.5 总结135

第 15章　扩展的聚合类型（C++17 C++20）136

15.1 聚合类型的新定义136

15.2 聚合类型的初始化137

15.3 扩展聚合类型的兼容问题139

15.4 禁止聚合类型使用用户声明的构造函数140

15.5 使用带小括号的列表初始化聚合类型对象142

15.6 总结143

第 16章　override和final说明符（C++11）144

16.1 重写、重载和隐藏144

16.2 重写引发的问题145

16.3 使用override说明符145

16.4 使用final说明符146

16.5 override和final说明符的特别之处148

16.6 总结148

第 17章　基于范围的for循环（C++11 C++17 C++20）149

17.1 烦琐的容器遍历149

17.2 基于范围的for循环语法150

17.3 begin和end函数不必返回相同类型151

17.4 临时范围表达式的陷阱152

17.5 实现一个支持基于范围的for循环的类153

17.6 总结155

第 18章　支持初始化语句的if和switch（C++17）156

18.1 支持初始化语句的if156

18.2 支持初始化语句的switch159

18.3 总结160

第 19章　static_assert声明161

19.1 运行时断言161

19.2 静态断言的需求162

19.3 静态断言163

19.4 单参数static_assert164

19.5 总结165

第 20章　结构化绑定（C++17 C++20）166

20.1 使用结构化绑定166

20.2 深入理解结构化绑定169

20.3 结构化绑定的3种类型171

20.3.1 绑定到原生数组171

20.3.2 绑定到结构体和类对象172

20.3.3 绑定到元组和类元组的对象173

20.4 实现一个类元组类型175

20.5 绑定的访问权限问题178

20.6 总结179

第 21章　noexcept关键字（C++11 C++17 C++20）180

21.1 使用noexcept代替throw180

21.2 用noexcept来解决移动构造问题183

21.3 noexcept和throw()185

21.4 默认使用noexcept的函数186

21.5 使用noexcept的时机189

21.6 将异常规范作为类型的一部分190

21.7 总结192

第 22章　类型别名和别名模板（C++11 C++14）193

22.1 类型别名193

22.2 别名模板194

22.3 总结196

第 23章　指针字面量nullptr（C++11）197

23.1 零值整数字面量197

23.2 nullptr关键字198

23.3 总结201

第 24章　三向比较（C++20）202

24.1 “太空飞船”（spaceship）运算符202

24.2 三向比较的返回类型202

24.2.1 std::strong_ordering203

24.2.2 std::weak_ordering204

24.2.3 std::partial_ordering205

24.3 对基础类型的支持206

24.4 自动生成的比较运算符函数207

24.5 兼容旧代码210

24.6 总结211

第 25章　线程局部存储（C++11）212

25.1 操作系统和编译器对线程局部存储的支持212

25.2 thread_local说明符213

25.3 总结217

第 26章　扩展的inline说明符（C++17）218

26.1 定义非常量静态成员变量的问题218

26.2 使用inline说明符219

26.3 总结220

第 27章　常量表达式（C++11～C++20）221

27.1 常量的不确定性221

27.2 constexpr值224

27.3 constexpr函数225

27.4 constexpr构造函数228

27.5 对浮点的支持230

27.6 C++14标准对常量表达式函数的增强230

27.7 constexpr lambdas表达式233

27.8 constexpr的内联属性235

27.9 if constexpr236

27.10 允许constexpr虚函数240

27.11 允许在constexpr函数中出现Try-catch244

27.12 允许在constexpr中进行平凡的默认初始化244

27.13 允许在constexpr中更改联合类型的有效成员245

27.14 使用consteval声明立即函数246

27.15 使用constinit检查常量初始化247

27.16 判断常量求值环境248

27.17 总结252

第 28章　确定的表达式求值顺序（C++17）253

28.1 表达式求值顺序的不确定性253

28.2 表达式求值顺序详解254

28.3 总结255

第 29章　字面量优化（C++11～C++17）257

29.1 十六进制浮点字面量257

29.2 二进制整数字面量258

29.3 单引号作为整数分隔符258

29.4 原生字符串字面量259

29.5 用户自定义字面量261

29.6 总结267

第30章　alignas和alignof（C++11 C++17）268

30.1 不可忽视的数据对齐问题268

30.2 C++11标准之前控制数据对齐的方法270

30.3 使用alignof运算符272

30.4 使用alignas说明符273

30.5 其他关于对齐字节长度的支持276

30.6 C++17中使用new分配指定对齐字节长度的对象278

30.7 总结279

第31章　属性说明符和标准属性（C++11～C++20）280

31.1 GCC的属性语法280

31.2 MSVC的属性语法281

31.3 标准属性说明符语法282

31.4 使用using打开属性的命名空间283

31.5 标准属性283

31.5.1 noreturn284

31.5.2 carries_dependency286

31.5.3 deprecated286

31.5.4 fallthrough287

31.5.5 nodiscard288

31.5.6 maybe_unused290

31.5.7 likely和unlikely290

31.5.8 no_unique_address291

31.6 总结293

第32章　新增预处理器和宏（C++17 C++20）294

32.1 预处理器__has_include294

32.2 特性测试宏295

32.2.1 属性特性测试宏295

32.2.2 语言功能特性测试宏295

32.2.3 标准库功能特性测试宏297

32.3 新增宏__VA_OPT__301

32.4 总结302

第33章　协程（C++20）303

33.1 协程的使用方法303

33.2 协程的实现原理308

33.2.1 co_await运算符原理308

33.2.2 co_yield运算符原理313

33.2.3 co_return运算符原理317

33.2.4 promise_type的其他功能319

33.3 总结320

第34章　基础特性的其他优化（C++11～C++20）321

34.1 显式自定义类型转换运算符（C++11）321

34.2 关于std::launder()（C++17）325

34.3 返回值优化（C++11～C++17）326

34.4 允许按值进行默认比较（C++20）333

34.5 支持new表达式推导数组长度（C++20）334

34.6 允许数组转换为未知范围的数组（C++20）335

34.7 在delete运算符函数中析构对象（C++20）336

34.8 调用伪析构函数结束对象声明周期（C++20）337

34.9 修复const和默认复制构造函数不匹配造成无法编译的问题

（C++20）338

34.10 不推荐使用volatile的情况（C++20）339

34.11 不推荐在下标表达式中使用逗号运算符（C++20）340

34.12 模块（C++20）340

34.13 总结341

第35章　可变参数模板（C++11 C++17 C++20）342

35.1 可变参数模板的概念和语法342

35.2 形参包展开344

35.3 sizeof...运算符352

35.4 可变参数模板的递归计算353

35.5 折叠表达式354

35.6 一元折叠表达式中空参数包的特殊处理357

35.7 using声明中的包展开358

35.8 lambda表达式初始化捕获的包展开359

35.9 总结361

第36章　typename优化（C++17 C++20）362

36.1 允许使用typename声明模板形参362

36.2 减少typename使用的必要性363

36.3 总结365

第37章　模板参数优化（C++11 C++17 C++20）366

37.1 允许常量求值作为所有非类型模板的实参366

37.2 允许局部和匿名类型作为模板实参368

37.3 允许函数模板的默认模板参数369

37.4 函数模板添加到ADL查找规则370

37.5 允许非类型模板形参中的字面量类类型371

37.6 扩展的模板参数匹配规则373

37.7 总结374

第38章　类模板的模板实参推导（C++17 C++20）375

38.1 通过初始化构造推导类模板的模板实参375

38.2 拷贝初始化优先377

38.3 lambda类型的用途378

38.4 别名模板的类模板实参推导380

38.5 聚合类型的类模板实参推导380

38.6 总结382

第39章　用户自定义推导指引（C++17）383

39.1 使用自定义推导指引推导模板实例383

39.2 聚合类型类模板的推导指引386

39.3 总结387

第40章　SFINAE（C++11）388

40.1 替换失败和编译错误388

40.2 SFINAE规则详解389

40.3 总结394

第41章　概念和约束（C++20）395

41.1 使用std::enable_if约束模板395

41.2 概念的背景介绍396

41.3 使用concept和约束表达式定义概念397

41.4 requires子句和约束检查顺序398

41.5 原子约束401

41.6 requires表达式403

41.6.1 简单要求404

41.6.2 类型要求405

41.6.3 复合要求405

41.6.4 嵌套要求406

41.7 约束可变参数模板407

41.8 约束类模板特化408

41.9 约束auto409

41.10 总结410

第42章　模板特性的其他优化（C++11 C++14）411

42.1 外部模板（C++11）411

42.2 连续右尖括号的解析优化（C++11）413

42.3 friend声明模板形参（C++11）415

42.4 变量模板（C++14）417

42.5 explicit(bool)419

42.6 总结423

附录　　　特性章节对照表424