實(shí)例淺析Visual Studio 2010的C++0x特性
Visual Studio 2010作為下一代開發(fā)工具，當(dāng)然不會錯(cuò)過對新的C++標(biāo)準(zhǔn)C++0x的支持。除了隨著之前發(fā)布的Visual C++ Feature Pack而引入的TR1包含的部分特性外，在新的Visual Studio 2010中，還引入了4個(gè)重要的C++新特性，即：Lambdas, auto, 右值引用 和 static_assert。這些新特性的引入，必將給C++注入新的活力。
Visual Studio 2010的C++0x特性
Lambda表達(dá)式使得函數(shù)可以在使用的地方定義，并且可以在Lambda函數(shù)中使用Lambda函數(shù)之外的數(shù)據(jù)。這就為針對集合操作帶來了很大的便利。在作用上，Lambda表達(dá)式類似于函數(shù)指針和函數(shù)對象，Lambda表達(dá)式很好地兼顧了函數(shù)指針和函數(shù)對象的優(yōu)點(diǎn)，卻沒有它們的缺點(diǎn)。相對于函數(shù)指針或是函數(shù)對象復(fù)雜的語法形式，Lambda表達(dá)式使用非常簡單的語法就可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，降低了Lambda表達(dá)式的學(xué)習(xí)難度，避免了使用復(fù)雜的函數(shù)對象或是函數(shù)指針?biāo)鶐淼腻e(cuò)誤。我們可以看一個(gè)實(shí)際的Visual Studio 2010的C++0x特性例子：
- view plaincopy to clipboardprint?
- #include "stdafx.h"
- #include <algorithm>
- #include <iostream>
- #include <ostream>
- #include <vector>
- using namespace std;
- int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
- {
- vector<int> v;
- for (int i = 0; i < 10; ++i) {
- v.push_back(i);
- }
- for_each(v.begin(), v.end(), [] (int n) {
- cout << n;
- if (n % 2 == 0) {
- cout << " even ";
- } else {
- cout << " odd ";
- }
- });
- cout << endl;
- return 0;
- }
這段代碼循環(huán)遍歷輸出vector中的每一個(gè)數(shù)，并判斷這個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。我們可以隨時(shí)修改Lambda表達(dá)式而改變這個(gè)匿名函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，修改對集合的操作。在這段代碼中，C++使用一對中括號“[]”來表示Lambda表達(dá)式的開始，其后的”(int n)”表示Lambda表達(dá)式的參數(shù)。這些參數(shù)將在Lambda表達(dá)式中使用到。
靜態(tài)斷言static_assert
在之前的C++標(biāo)準(zhǔn)C++03中，我們可以使用兩種斷言：
使用預(yù)處理中的條件編譯和#error指令，可以在預(yù)處理階段檢查一些編譯條件
可以使用宏assert來進(jìn)行運(yùn)行時(shí)檢查，以確保程序邏輯的正確性
但使用條件編譯并不能對模板參數(shù)進(jìn)行檢查，因?yàn)槟０鍖?shí)例化是在編譯期進(jìn)行的，而#error方法是在預(yù)處理階段進(jìn)行的。assert宏則是在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行檢查。不難發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)鄙倭艘粯訓(xùn)|西，那就是可用于在編譯期對模板進(jìn)行檢查的工具。于是，靜態(tài)斷言應(yīng)運(yùn)而生。
在新的C++標(biāo)準(zhǔn)C++0x中，加入了對靜態(tài)斷言的支持，引入了新的關(guān)鍵字static_assert來表示靜態(tài)斷言。使用靜態(tài)斷言，我們可以在程序的編譯時(shí)期檢測一些條件是否成立，這個(gè)特性在調(diào)試模板函數(shù)的模板參數(shù)時(shí)特別有用。在編譯的時(shí)候，模板函數(shù)實(shí)例化，這時(shí)我們就可以使用靜態(tài)斷言去測試模板函數(shù)的參數(shù)是否按照我們的設(shè)計(jì)擁有合適的值。例如下面這段代碼：
- view plaincopy to clipboardprint?
- template <int N> struct Kitten {
- static_assert(N < 2, "Kitten
requires N < 2." );- };
- int main() {
- Kitten<1> peppermint;
- Kitten<3> jazz;
- return 0;
- }
當(dāng)我們在主函數(shù)中使用“1”去實(shí)例化Kitten這個(gè)結(jié)構(gòu)體時(shí)，在編譯的時(shí)候，靜態(tài)斷言static_assert會測試參數(shù)N的值，當(dāng)N的值小于2時(shí)就會產(chǎn)生一個(gè)斷言錯(cuò)誤，并將相應(yīng)的調(diào)試幫助信息輸出到“Error List”窗口中，這樣程序員就可以對問題快速定位，解決問題就更加方便了。
另外，靜態(tài)斷言還帶來很多其他的優(yōu)勢。例如靜態(tài)斷言在編譯時(shí)進(jìn)行處理，不會產(chǎn)生任何運(yùn)行時(shí)刻空間和時(shí)間上的開銷，這就使得它比assert宏具有更好的效率。另外比較重要的一個(gè)特性是如果斷言失敗，它會產(chǎn)生有意義且充分的診斷信息，幫助程序員快速解決問題
auto關(guān)鍵字
在C++0x中，auto關(guān)鍵字的意義發(fā)生了改變: 它可以“從初始化器(initialize)中推導(dǎo)出所代表的變量的真正類型”。這種對auto關(guān)鍵字的使用方式可以大大消除當(dāng)前冗長和易出錯(cuò)的代碼。我們看一個(gè)實(shí)際的例子：
在這段代碼中，我們使用auto關(guān)鍵字來代替了真正的數(shù)據(jù)類型map
另外，跟其他數(shù)據(jù)類型一樣，我們也可以對auto關(guān)鍵字進(jìn)行修飾，例如添加const，指針(*)，左值引用(&)，右值引用(&&)等等，編譯器會根據(jù)auto類型所代表的真正的數(shù)據(jù)來決定這些修飾的具體含義。
為了兼容一些舊有的C++代碼，我們可以使用/Zc:auto這個(gè)編譯器選項(xiàng)，來告訴編譯器是采用auto關(guān)鍵字的原有定義還是在新標(biāo)準(zhǔn)C++0x中的定義。
右值引用
作為最重要的一項(xiàng)語言特性，右值引用(rvalue references)被引入到 C++0x中。我們可以通過操作符“&&”來聲明一個(gè)右值引用，原先在C++中使用“&”操作符聲明的引用現(xiàn)在被稱為左值引用。
- view plaincopy to clipboardprint?
- int a;
- int& a_lvref = a; // 左值引用
- int b;
- int&& b_rvref = b; // 右值應(yīng)用
- int a;
- int& a_lvref = a; // 左值引用
- int b;
- int&& b_rvref = b; // 右值應(yīng)用
左值引用和右值引用的表現(xiàn)行為基本一致，它們唯一的差別就是右值引用可以綁定到一個(gè)臨時(shí)對象(右值)上，而左值引用不可以。例如：
- view plaincopy to clipboardprint?
- int& a_lvref = int(); // error C2440: 'initializing' : cannot convert from 'int' to 'int &'
- int&& b_rvref = int(); // OK!
- int& a_lvref = int(); // error C2440: 'initializing' : cannot convert from 'int' to 'int &'
- int&& b_rvref = int(); // OK!
在第一行代碼中，我們將一個(gè)臨時(shí)對象int()綁定到一個(gè)左值引用，將產(chǎn)生一個(gè)編譯錯(cuò)誤。而在第二行中，我們將臨時(shí)對象綁定到右值引用，就可以順利通過編譯。
右值是無名的數(shù)據(jù)，例如函數(shù)的返回值一般說來就是右值。當(dāng)對右值進(jìn)行操作的時(shí)候，右值本身往往沒有必要保留，因此在某些情況下可以直接“移動”之。通過右值引用，程序可以明確的區(qū)分出傳入的參數(shù)是否為右值，從而避免了不必要的拷貝，程序的效率也就得到了提高。我們考慮一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)交換的小程序，從中來體會右值引用所帶來的效率提升。我們可以寫一個(gè)函數(shù)swap來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變量值的交換：
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- template swap(T& a, T& b)
- {
- T tmp(a); // tmp對象創(chuàng)建后，我們就擁有了a的兩份拷貝
- a = b; // 現(xiàn)在我們擁有b的兩份拷貝
- b = tmp; // 現(xiàn)在我們擁有a的兩份拷貝
- }
- template swap(T& a, T& b)
- {
- T tmp(a); // tmp對象創(chuàng)建后，我們就擁有了a的兩份拷貝
- a = b; // 現(xiàn)在我們擁有b的兩份拷貝
- b = tmp; // 現(xiàn)在我們擁有a的兩份拷貝
- }
在這段代碼中，雖然我們只是為了進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)交換，但是卻執(zhí)行了多次對象拷貝。這些對象的拷貝操作，特別是當(dāng)這些對象比較大的時(shí)候，無疑會影響程序的效率。
那么，如果使用右值引用如何實(shí)現(xiàn)呢
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- // RValueRef.cpp : Defines the entry point for the console application.
- //
- #include "stdafx.h"
- template
- T&& move(T&& a)
- {
- return a;
- }
- template void swap(T& a, T& b)
- {
- T tmp(move(a)); // 對象a被移動到對象tmp，a被清空
- a = move(b); // 對象b被移動到對象a，b被清空
- b = move(tmp); // 對象tmp被移動到對象b
- }
- int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
- {
- int a = 1;
- int b = 2;
- swap(a, b);
- return 0;
- }
- // RValueRef.cpp : Defines the entry point for the console application.
- //
- #include "stdafx.h"
- template
- T&& move(T&& a)
- {
- return a;
- }
- template void swap(T& a, T& b)
- {
- T tmp(move(a)); // 對象a被移動到對象tmp，a被清空
- a = move(b); // 對象b被移動到對象a，b被清空
- b = move(tmp); // 對象tmp被移動到對象b
- }
- int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
- {
- int a = 1;
- int b = 2;
- swap(a, b);
- return 0;
- }
在這段重新實(shí)現(xiàn)的代碼中，我們使用了一個(gè)move()函數(shù)來代替對象的賦值操作符“=”,move()只是簡單地接受一個(gè)右值引用或者左值引用作為參數(shù)，然后直接返回相應(yīng)對象的右值引用。這一過程不會產(chǎn)生拷貝(Copy)操作，而只會將源對象移動(Move)到目標(biāo)對象。
正是拷貝(Copy)和移動(Move)的差別，使得右值引用成為C++0x中最激動人心的新特性之一。從實(shí)踐角度講，它能夠完美是解決C++中長久以來為人所詬病的臨時(shí)對象的效率問題。從語言本身講，它健全了C++中的引用類型在左值右值方面的缺陷。從庫設(shè)計(jì)者的角度講，它給庫設(shè)計(jì)者又帶來了一把利器。而對于廣大的庫使用者而言，不動一兵一卒便能夠獲得“免費(fèi)的”效率提升。
在Visual Studio 2010中，因?yàn)橛辛薞isual Studio 2010的C++0x特性的支持，重新點(diǎn)燃了程序員們對C++的熱情。C++重振雄風(fēng)，指日可待！
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