C++20 中的全面而透彻的 C++ 标准库和惯用法

2023-12-26 14:28:49

C++20：开启 C++ 编程的新纪元

C++20，C++ 语言的最新版本，带来了令人振奋的新特性，提升了其并行编程、模块化、内存管理和语言表达能力。这些改进为开发人员打开了大门，使他们能够编写更灵活、更可扩展且更高效的代码。

协程和并发的可能性

C++20 革命性地引入了协程，这是一种异步且结构化的方式来表达并行性。协程允许将并行负载分解为单独的任务，从而提高灵活性、可读性和可调试性。

// 并行计算一个数组的总和
auto sum = std::async(std::launch::async, [] (std::span<int> data) {
    int total = 0;
    for (auto value : data) {
        total += value;
    }
    return total;
});

跨越模块边界：模块

模块化是 C++20 的一项重要补充，它允许将大型应用程序组织成较小的、自治的单元。这提高了可管理性，使开发人员能够专注于代码的特定方面，而无需担心整个项目的复杂性。

// 定义一个模块
module my_module;

// 导出模块中的接口
export int add(int a, int b);

概念：对模板编程的现代化诠释

概念通过提供对模板参数的强大约束，将模板编程提升到了一个新的水平。这简化了模板代码，减少了繁琐性，并提高了可读性和可维护性。

template<typename T>
requires std::integral<T>
int square(T value) {
    return value * value;
}

用范围提升结构：结构化 lambda

结构化 lambda，也称为范围，允许在 lambda 中定义和使用局部变量，就像在正常方法中一样。这解决了 lambda 难以跟踪其捕获的上下文变量的难题。

// 使用范围定义一个 lambda
auto increment = [](int& value) -> int {
    return ++value;
};

容器：在已知的基础上不断创新

C++20 引入了新的容器类，例如 std::span 和 std::ranges，为复杂数据结构的建模提供了更丰富的工具集。

范围、std::pmr、内存管理的未来

C++20 通过 std::pmr（内存资源管理）和范围扩展了其内存管理子系统。这为开发人员提供了显式管理内存资源的工具，提高了内存效率和性能。

C++20 中的惯用法

告别头文件包含：使用模块

模块取代了传统的头文件包含，为大型 C++ 代码库提供了更结构化、更可扩展的组织方式。

// 使用模块而不是头文件包含
import my_module;

活用范围：提升 lambda 的可读性

范围使 lambda 代码更具结构化和可读性，就像在正常方法中一样。

// 使用范围捕获局部变量
auto lambda = [value](int increment) {
    return value += increment;
};

使用 std::span 高效管理内存范围

std::span 提供了一种高效且灵活的方式来管理内存范围，使其成为处理大型数据块的理想选择。

// 使用 std::span 
std::span<int> data(ptr, size);

常见问题解答

为什么模块比头文件包含更好？
模块提供了一种更结构化的方式来组织代码，改善可管理性，减少依赖关系。
协程与线程有什么区别？
协程是轻量级的并行执行单元，不需要像线程那样昂贵的上下文切换。
概念如何改善模板编程？
概念通过强制模板参数的约束，简化模板代码并提高其可读性和可维护性。
范围如何使 lambda 更加有用？
范围允许在 lambda 中定义和使用局部变量，就像在正常方法中一样，提高了 lambda 的可重用性和可维护性。
std::pmr 是什么，它有什么作用？
std::pmr 是一种内存管理机制，允许开发人员显式管理内存资源，提高内存效率和性能。