第十周 C++11新特性和C++高级主题

第一节 C++新特性（1）

1.统一的初始化方法

（1）int arr[3]{1, 2, 3};

（2）vector<int> iv{1, 2, 3};

（3）map<int, string> mp{{1,”a”},{2,”b”}};

（4）string str{“Hello World”};

（5）int * p = new int[20]{1,2,3};

（6）struct A{

int i,j;

A(int m,int n):i(m),j(n){}

};

A func(int m,int n ) { return {m,n}; }

int main() { A * pa = new A {3,7}; }

2.成员变量默认初始值

class B {

public:

int m = 1234;

int n;

};

int main(){

B b;

cout<<b.m<<endl;

return 0;

}

3.auto关键字

用于定义变量，编译器可以自动判断变量的类型。

auto i =100;//i是int

auto p = new A();//p是*A

map<string,int,greater<string> > mp;

for(auto i =mp.begin(); i!=mp.end(); ++i)

cout<<i->first<<“,”<<second;

//i的类型是： map<string,int,greater<string> >::iterator

class A { };

A operator + ( int n,const A & a)

{

return a;

}

template <class T1, class T2>

auto add(T1 x, T2 y) -> decltype(x + y){return x+y;}

auto d = add(100,1.5); // d是double d=101.5

auto k = add(100,A()); // d是A类型

4.decltype 关键字

int i;

double t;

struct A { double x; };

const A* a = new A();

decltype(a) x1;//x1 is A*

decltype(i) x2;//x2 is int

decltype(a->x) x3;//x3 is double

decltype((a->x)) x4 =t;//x4 is double&

5.智能指针share_ptr

头文件： <memory>。通过shared_ptr的构造函数，可以让shared_ptr对象托管一个new运算符返回的指针，写法如下：

shared_ptr<T> ptr(new T);  // T 可以是 int ,char, 类名等各种类型

此后ptr就可以像 T* 类型的指针一样来使用，即 *ptr 就是用new动态分配的那个对象，而且不必操心释放内存的事。

多个shared_ptr对象可以同时托管一个指针，系统会维护一个托管计数。当无shared_ptr托管该指针时，delete该指针。

shared_ptr对象不能托管指向动态分配的数组的指针，否则程序运行会出错。

例程1：

#include <memory>

#include <iostream>

using namespace std;

struct A   {

int n;

A(int v = 0):n(v){ }

~A() { cout << n << ” destructor” << endl; }

};

int main(){

shared_ptr<A> sp1(new A(2)); //sp1托管A(2)

share_ptr<A> sp2(sp1);//sp2也托管A(2)

cout<<“1)”<<sp1->n<<“,”<<sp2->n<<endl;

//output: 1)2,2可以像一个指针一样使用

shared_ptr<A> sp3;

A*p=sp1.get();///p指向A(2)，把所托管的对象提取出来

cout<<“2)”<<p->n<<endl;

sp3 = sp1;  //sp3也托管 A(2)

cout << “3)” << (*sp3).n << endl;  //输出 2

sp1.reset();           //sp1放弃托管 A(2)

if( !sp1 )

cout << “4)sp1 is null” << endl; //会输出

A * q = new A(3);

sp1.reset(q); // sp1托管q

cout << “5)” << sp1->n << endl;//输出3

shared_ptr<A> sp4(sp1); //sp4托管A(3)

shared_ptr<A> sp5;

sp1.reset();           //sp1放弃托管 A(3)

cout << “before end main” <<endl;

sp4.reset();           //sp1放弃托管 A(3)

cout << “end main” << endl;

return 0; //程序结束，会delete 掉A(2)

}

输出结果：

1)2,2

2)2

3)2

4)sp1 is null

5)3 before end main

3 destruct11or

例程2：

#include <memory>

#include <iostream>

using namespace std;

struct A   {

~A() { cout << “~A” << endl; } };

int main()

{

A * p = new A();

shared_ptr<A> ptr(p);

shared_ptr<A> ptr2;

ptr2.reset(p);//并不增加 ptr中对p的托管计数

cout << “end” << endl;

return 0;

}

在ptr中托管了p，但是我在ptr2中也托管p的时候，并不增加ptr中对p的托管计数。因为ptr和ptr2认为他们所托管的p不是一个p（虽然实际上是一个p）。在输出end之后主程序结束，ptr和ptr2都要进行执行析构函数，p被执行了两次析构函数，系统会崩溃。所以输出结果如下：

end

~A

~A

（之后程序崩溃）

6.空指针nullptr

nullptr在有些地方类似于空指针NULL。例程如下：

#include <memory>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

int* p1 = NULL;

int* p2 = nullptr;

shared_ptr<double> p3 = nullptr;

if(p1 == p2){

cout << “equal 1” <<endl;

}

if(p3 == nullptr)

cout<<“equal 2” << endl;

if(p3 == p2);//error，p3和p2类型不同

if(p3 == NULL)

cout<<“equal4″<<endl;

bool b = nullptr;//b=false

int i = nullptr;//error，nullptr无法自动转换成整型

return 0;

}

7.基于范围的for循环

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

struct A{ int n; A(int i):n(i){}};

int main(){

int ary[] = {1,2,3,4,5};

for(int & e:ary)

e*= 10;

for(int e: ary)

cout<<e<<“,”;

cout<<endl;

vector <A> str(ary,ary+5);

for(auto &it:st)

it.n*=10;

for(A it: st)

cout<<it.n<<“,”;

return 0;

}

类似于Java中的使用。

8.右值引用和move语义

右值：一般来说，不能取地址的表达式，就是右值，能取地址的，就是左值。例如：

class A { };

A & r = A(); // error , A()是无名变量，是右值

A && r = A(); //ok, r 是右值引用

主要目的是提高程序运行的效率，减少需要进行深拷贝的对象进行深拷贝的次数。我们前面学习的都是左值引用！

第二节 C++新特性（2）

1.可移动但不可复制的对象

struct A{

A(const A & a) = delete;

A(const A && a) { cout << “move” << endl; }

A() { };

};

A b;

A func(){

A a;

return a;

}

void func2(A a){}

int main(){

A a1;

A a2(a1);//compile error

func2(a1);//compile error

func();

return 0;

}

2.无序容器（哈希表）

#include <iostream>

#include <string>

#include <unordered_map>

using namespace std;

int main()

{

unordered_map<string, int> turingWinner;//图灵奖获奖名单

turingWinner.insert(make_pair(“Dijkstra”,1972));

turingWinner.insert(make_pair(“Scott”,1976));

turingWinner.insert(make_pair(“Wilkes”,1967));

turingWinner.insert(make_pair(“Hamming”,1968));

turingWinner[“Ritchie”] = 1983;

string name;

cin >> name; //输入姓名

unordered_map<string,int>::iterator p = turingWinner.find(name);

//据姓名查获奖时间

if( p != turingWinner.end())

cout << p->second;

else

cout<<< “Not Found” <<endl;

return 0;

}

哈希表插入和查询的时间复杂度几乎是常数。

3.正则表达式

#include <iostream>

#include <regex> //使用正则表达式须包含此文件

using namespace std;

int main()

{

regex reg(“b.?p.*k”);

cout << regex_match(“bopggk”,reg) <<endl;//输出 1, 表示匹配成功

cout << regex_match(“boopgggk”,reg) <<endl;//输出 0, 匹配失败

cout << regex_match(“b pk”,reg) <<endl;//输出1，表示匹配成功

regex reg2(“\\d{3}([a-zA-Z]+).(\\d{2}|N/A)\\s\\1″);

string correct=”123Hello N/A Hello”;

string incorrect=”123Hello 12 hello”;

cout << regex_match(correct,reg2) <<endl; //输出 1,匹配成功

cout << regex_match(incorrect,reg2) << endl; //输出 0, 失败

return 0;

}

4.Lambda表达式

形式：

[外部变量访问方式说明符](参数表) ->返回值类型{

语句组

}

[]：不使用任何外部变量；

[=]：以传值的形式使用所有外部变量；

[&]：以引用形式使用所有外部变量；

[x, &y]：x以传值形式使用，y以引用形式使用；

[=,&x,&y]：x和y以引用形式使用，其余变量以传值形式使用；

[&,x,y]：x和y以传值的形式使用，其余变量以引用形式使用。

如果以传值方式进行传递对象，就不能修改该对象的值。“->返回值类型”也可以没有， 没有则编译器自动判断返回值类型。

例程：

int main() {

int x = 100,y=200,z=300;

cout << [ ](double a,double b) { return a + b; }(1.2,2.5) <<endl;

auto ff = [=,&y,&z](int n){

cout<<x<<endl;

y++,z++;

return n*n;

};

cout << ff(15)<<endl;

cout<y<<“,”<<z<<endl;

int a[4] = {4,2,11,33};

sort(a,a+4,[](int x,int y)->bool{return x%10<y%10;});//按照个位数进行排序，按照原来的方法需要新建一个函数，浪费时间和空间

for_each(a,a+4,[](int x){cout<<x<<” “;});//输出11 2 33 4

return 0；

}    要注意，[ ](double a,double b) { return a + b; }(1.2,2.5)中的(1.2,2.5)并不是lambda表达式一部分，而只是调用lambda表达式函数的赋值语句。

例程：实现递归求菲波那切数列第n项：

function<int(int)> fib = [&fib](int n)

{return n<=2?1:fib(n-1)+fib(n-2);};

function<int(int)>表示返回值为int，有一个int参数的函数。

第三节 强制类型转换

共有四种类型：static_cast、reinterpret_cast、const_cast和dynamic_cast。

1.static_cast

static_cast用来进用行比较“自然”和低风险的转换，比如整型和实数型、字符型之间互相转换。

static_cast不能来在不同类型的指针之间互相转换，也不能用于整型和指针之间的互相转换，也不能用于不同类型的引用之间的转换。

2.reinterpret_cast

reinterpret_cast用来进行各种不同类型的指针之间的转换、不同类型的引用之间转换、以及指针和能容纳得下指针的整数类型之间的转换。转换的时候，执行的是逐个比特拷贝的操作。

例程：

#include <iostream>

using namespace std;

class A

{

public:

int i ,j;

A(int n):i(n),j(n){}

};

int main(){

A a(100);

int & r = reinterpret_cast<int&>(a);//强行让r引用a

r = 200;//把a.i = 200，因为r是4个字节，所以上面的引用只引用了a的前面4个字节，也就是a.i

cout<<a.i<<“,”a.j<<endl;

int n = 300;

A * pa = reinterpret_cast<A*> ( & n); //强行让 pa 指向 n

pa->i = 400;//n编程400

pa->j =500;//不安全，因为不知道后面这部分内存地址是干什么的，所以可能导致程序崩溃

cout<<n<<endl;//输出400

long long la = 0x12345678abcdLL;

pa = reinterpret_cast<A*>(la);

// la太长，只取低32位0x5678abcd拷贝给pa

unsigned int u = reinterpret_cast<unsigned int>(pa);//pa逐个比特拷贝给u

cout << hex << u<<endl;//输出5678abcd

typedef void (*PF1)(int);

typedef int (*PF2)(int,char *);

PF1 pf1;

PF2 PF2;

pf2 = reinterpret_cast<PF2>(pf1);

//两个不同类型的函数指针之间可以互相转换

return 0;

}

输出结果：200,100 400 5678abcd

3.const_cast

用来进行去除const属性的转换。将const引用转换成同类型的非const引用，将const指针转换为同类型的非const指针时用它。例如

const string s = “Inception”;

string & p = const_cast<string&>(s);

string * ps = const_cast<string*>(&s);

// &s的类型是const string *

4.dynamic_cast

dynamic_cast专门用于将多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用，而且能够检查转换的安全性。对于不安全的指针转换，转换结果返回NULL指针。

dynamic_cast不能用于将非多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用。

例程如下：

#include <iostream>

#include <string>

using namespace std; class Base

{ //有虚函数，因此是多态基类

public:

virtual ~Base(){}

};

class Derived:public Base{};

int main(){

Base b;

Derived d;

Derived * pd;

pd = reinterpret_cast<Derived*>(&b);

if( pd ==NULL)

//此处pd不会为NULL。reinterpret_cast不检查安全性，总是进行转换

cout<<<< “unsafe reinterpret_cast” << endl; //不会执行

pd = dynamic_cast<Derived*>(&b);

if( pd ==NULL)//结果会是NULL，因为 &b不是指向派生类对象，此转换不安全

cout<< “unsafe dynamic_cast1” << endl;  //会执行

pd = dynamic_cast<Derived*> ( &d); //安全的转换

if( pd ==NULL)

cout<< “unsafe dynamic_cast2” << endl; //不会执行

return 0;

}

如下所示：Derived & r = dynamic_cast<Derived&>(b); 那该如何判断该转换是否安全呢？

答案：不安全则抛出异常。

第四节 异常处理

程序运行中总难免发生错误，我们希望不只是简单地终止程序运行，还能够反馈异常情况的信息：哪一段代码发生的、什么异常，还能够对程序运行中已发生的事情做些处理：取消对输入文件的改动、释放已经申请的系统资源。

1.异常处理

一个函数运行期间可能产生异常。在函数内部对异常进行处理未必合适。因为函数设计者无法知道函数调用者希望如何处理异常。我们需要告知函数调用者发生了异常，让函数调用者处理比较好，但是用函数返回值告知异常不方便。

（1）用try,catch进行异常处理

例程：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

double m ,n;

cin >> m >> n;

try {

cout << “before dividing.” << endl;

if( n == 0)

throw -1; //抛出int类型异常

else if(m==0)

throw -1.0;//抛出double型异常

else

cout << m / n << endl;

cout << “after dividing.” << endl;

}

catch(double d){

cout<<“catch(double)” <<d <<endl;

}

catch(…){

cout<<“catch(…)” <<endl;

}

cout<<“finished””<<endl;

return 0;

}

表4.1 trycatch例程输入输出结果

注意：try块中定义的局部对象，发生异常时会析构！

（2）异常的再抛出

如果一个函数在执行的过程中，抛出的异常在本函数内就被catch块捕获并处理了，那么该异常就不会抛给这个函数的调用者(也称“上一层的函数”)；如果异常在本函数中没被处理，就会被抛给上一层的函数。

例程：

#include <iostream>

#include <string>

using namespace std;

class CException

{

public :

string msg;

CException(string s):msg(s) { }

};

double Devide(double x, double y){

if(y == 0)

throw CException(“devided by zero”);//抛出异常

cout << “in Devide” << endl;

return x / y;

}

int CountTax(int salary){//异常自己处理掉了

try{

if( salary < 0 )

throw -1;

cout << “counting tax” << endl;}

catch (int ) {

cout << “salary < 0” << endl;

}

cout << “tax counted” << endl;

return salary * 0.15;

}

int main(){

double f = 1.2;

try {

CountTax(-1);//在这个函数自己处理完了，try里面就感知不到这个错误了

f = Devide(3,0);//Devide本身没有处理异常，所以抛给了这个try里面了

cout << “end of try block” << endl;

}

catch(CException e) {

cout << e.msg << endl; }

cout << “f=” << f << endl;

cout << “finished” << endl;

return 0;

}

2.C++标准异常类

C++标准库中有一些类代表异常，这些类都是从exception类派生而来的。

图4.1 exception派生出的异常类

（1）bad_cast

在用 dynamic_cast进行从多态基类对象（或引用）,到派生类的引用的强制类型转换时，如果转换是不安全的，则会抛出此异常。

（2）bad_alloc

在用new运算符进行动态内存分配时，如果没有足够的内存，则会引发此异常。

（3）out_of_range

用vector或string的at成员函数根据下标访问元素时，如果下标越界，就会抛出此异常。

3.运行时类型检查

C++运算符typeid是单目运算符，可以在程序运行过程中获取一个表达式的值的类型。typeid运算的返回值是一个type_info类的对象，里面包含了类型的信息。

例程如下：

#include <iostream>

#include <typeinfo> //要使用typeinfo，需要此头文件

using namespace std;

struct Base { };    //非多态基类

struct Derived : Base { };

struct Poly_Base {virtual void Func(){ } }; //多态基类struct Poly_Derived: Poly_Base { };

int main()

{

//基本类型

long i;  int * p = NULL;

cout << “1) int is: ” << typeid(int).name() << endl;

//输出 1) int is: int

cout << “2) i is: ” << typeid(i).name() << endl;

//输出 2) i is: long

cout << “3) p is: ” <<  typeid(p).name() << endl;

//输出 3) p is: int *

cout << “4) *p is: ” <<  typeid(*p).name() << endl ;

//输出 4) *p is: int

//非多态类型

Derived derived;

Base* pbase = &derived;

cout << “5) derived is: ” << typeid(derived).name() << endl;

//输出 5) derived is: struct Derived

cout << “6) *pbase is: ” << typeid(*pbase).name() << endl;

//输出 6) *pbase is: struct Base

cout << “7) ” << (typeid(derived)==typeid(*pbase) ) << endl;

//输出 7) 0

//多态类型

Poly_Derived polyderived;

Poly_Base* ppolybase = &polyderived;

cout << “8) polyderived is: ” << typeid(polyderived).name() << endl;

//输出 8) polyderived is: struct Poly_Derived

cout << “9) *ppolybase is: ” << typeid(*ppolybase).name() << endl;

//输出 9) *ppolybase is: struct Poly_Derived

cout << “10) ” << (typeid(polyderived)!=typeid(*ppolybase) ) << endl;

//输出 10) 0

return 0;

}