C++11新特性（深度剖析+总结）

文章目录

1. 前言
1. C++11简介
2. 统一的列表初始化
- 2.1 {} 初始化
- 2.2 std::initializer_list
3. 声明
- 3.1 auto
- 3.2 decltype
- 3.3 nullptr
4. 范围for循环
5. STL中的一些变化
6. 右值引用和移动语义
- 6.1 左值引用和右值引用
- 6.2 左值引用与右值引用比较
- 6.3 右值引用使用场景和意义
- 6.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析
- 6.5 完美转发
7. 新的类功能
8. 可变参数模板
9. lambda表达式
- 9.1 C++98中的一个例子
- 9.2 lambda表达式
- 9.3 lambda表达式的语法
- 9.4 函数对象与lambda表达式
10. 包装器

1. 前言

在本文中，我们将深入探讨C++11标准（也称为C++0x）带来的新特性和改进。

本文将着重讲解初始化列表、C++11中新加入的一些声明、范围for循环、STL中的一些变化、右值引用和移动语义、新的类功能、可变参数模板、lambda表达式以及包装器。

1. C++11简介

在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表（简称TC1），使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称。不过由于C++03（TC1）主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯性的把两个标准合并称为C++98/03标准。从C++0x到C++11，C++标准10年磨一剑，第二个真正意义上的标准珊珊来迟。相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。C++11增加的语法特性非常篇幅非常多，我们这里没办法一一讲解，所以本节课程主要讲解实际中比较实用的语法。

C++11官方网站链接

2. 统一的列表初始化

2.1 {} 初始化

在C++98中，标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。比如：

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	int array2[5] = { 0 };
	Point p = { 1, 2 };
	return 0;
}

C++11扩大了用大括号括起的列表（初始化列表）的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号（=），也可不添加。比如：

struct Point
{
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	int x1 = 1;
	int x2{ 2 };
	int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };
	int array2[5]{ 0 };
	Point p{ 1, 2 };
	// C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中
	int* pa = new int[4] { 0 };
	return 0;
}

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化。比如：

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 1, 1); // old style
	// C++11支持的列表初始化，这里会调用构造函数初始化
	Date d2{ 2024, 1, 2 };
	Date d3 = { 2024, 1, 3 };
	return 0;
}

2.2 std::initializer_list

std::initializer_list的介绍文档：

翻译过来就是：

这种类型用于访问 C++ 的初始化列表（initialization list），它是一个包含 const T 类型元素的列表。
编译器会自动从初始化列表声明中构造这种类型的对象，初始化列表是一系列用逗号分隔、括在花括号中的元素。
需要注意的是，这个模板类并不是隐式定义的，需要包含 <initializer_list> 头文件才能访问它，即使这种类型在使用时是隐式的。
initializer_list 对象会被自动构造，就好像分配了一个类型为 T 的元素数组，列表中的每个元素都会使用必要的非缩小转换进行复制初始化，与数组中相应的元素对应。
initializer_list 对象引用这个数组的元素，而不包含它们：复制一个 initializer_list 对象会产生另一个引用相同底层元素的对象，而不是对它们进行新的拷贝（引用语义）。
这个临时数组的生命周期与 initializer_list 对象相同。
当使用初始化列表构造语法时，只有一个参数的构造函数是一种特殊类型的构造函数，称为初始化列表构造函数。使用初始化列表构造函数语法时，初始化列表构造函数优先于其他构造函数。

std::initializer_list使用场景：

std::initializer_list一般是作为构造函数的参数，C++11对STL中的不少容器就增加std::initializer_list作为参数的构造函数，这样初始化容器对象就更方便了。也可以作为operator=的参数，这样就可以用大括号赋值。

int main()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4 };
	list<int> lt = { 1,2 };
	// 这里{"sort", "排序"}会先初始化构造一个pair对象
	map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };
	// 使用大括号对容器赋值
	v = { 10, 20, 30 };
	return 0;
}

让模拟实现的vector也支持{}初始化和赋值：

namespace my_vector
{
	template<class T>
	class vector {
	public:
		typedef T* iterator;
		vector(initializer_list<T> l)
		{
			_start = new T[l.size()];
			_finish = _start + l.size();
			_endofstorage = _start + l.size();
			iterator vit = _start;
			typename initializer_list<T>::iterator lit = l.begin();
			while (lit != l.end())
			{
				*vit++ = *lit++;
			}
			//for (auto e : l)
			// *vit++ = e;
		}
		vector<T>& operator=(initializer_list<T> l) {
			vector<T> tmp(l);
			std::swap(_start, tmp._start);
			std::swap(_finish, tmp._finish);
			std::swap(_endofstorage, tmp._endofstorage);
			return *this;
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

3. 声明

c++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

3.1 auto

在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型推断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

比如：
int main()
{
	int i = 10;
	auto p = &i; auto pf = strcpy;
	cout << typeid(p).name() << endl;
	cout << typeid(pf).name() << endl;
	map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };
	//map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin(); // auto被自动推断为map<string, string>::iterator类型
	return 0;
}

3.2 decltype

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

decltype的一些使用使用场景：

template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{
	decltype(t1 * t2) ret;
	cout << typeid(ret).name() << endl;
}
int main()
{
	const int x = 1;
	double y = 2.2;
	decltype(x * y) ret; // ret的类型是double
	decltype(&x) p; // p的类型是int*
	cout << typeid(ret).name() << endl;
	cout << typeid(p).name() << endl;
	F(1, 'a');
	return 0;
}

3.3 nullptr

由于C++中NULL被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示整型常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

4. 范围for循环

范围for循环是C++11引入的一种用于遍历容器、数组和其他支持迭代器的数据结构的语法结构。它提供了一种简洁、直观的方式来迭代访问容器中的元素。

范围for循环的语法是 for (element_declaration : range_expression)，其中 element_declaration 是一个变量声明，用于存储每个迭代步骤中的元素值，而 range_expression 是一个可迭代的对象，例如容器、数组或支持迭代器的数据结构。

下面是一个使用范围for循环的示例代码：
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用范围for循环遍历vector中的元素
    for (int number : numbers)
    {
        std::cout << number << " ";
    }

    return 0;
}
在上述代码中，我们定义了一个 std::vector<int> 类型的容器 numbers，其中包含一些整数。然后，我们使用范围for循环来遍历 numbers 中的元素。

在每次迭代中，范围for循环将容器中的下一个元素赋值给 element_declaration，然后执行循环体中的代码。循环体的代码块将被重复执行，直到遍历完容器中的所有元素为止。

5. STL中的一些变化

新容器

用橘色圈起来是C++11中的几个新容器，但是实际最有用的是unordered_map和unordered_set。这两个我们前面已经进行了非常详细的讲解，其他的大家了解一下即可。

容器中的一些新方法

如果我们再细细去看会发现基本每个容器中都增加了一些C++11的方法，但是其实很多都是用得比较少的。

比如提供了cbegin和cend方法返回const迭代器等等，但是实际意义不大，因为begin和end也是可以返回const迭代器的，这些都是属于锦上添花的操作。

实际上C++11更新后，容器中增加的新方法是插入接口函数的右值引用版本，如：emplace_back，push_back，insert，emplace等接口。

但是这些接口到底意义在哪？网上都说他们能提高效率，他们是如何提高效率的？

请看下面各小章节的讲解。

6. 右值引用和移动语义

6.1 左值引用和右值引用

传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性，所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

什么是左值？什么是左值引用？

左值是一个表示数据的表达式（如变量名或解引用的指针），我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义const修饰符后的左值，不能给它赋值，但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

比如：

int main()
{
	// 以下的p、b、c、*p都是左值
	int* p = new int(0);
	int b = 1;
	const int c = 2;
	// 以下几个是对上面左值的左值引用
	int*& rp = p;
	int& rb = b;
	const int& rc = c;
	int& pvalue = *p;
	return 0;
}

什么是右值？什么是右值引用？

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值（这个不能是左值引用返回）等等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

比如：

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	// 以下几个都是常见的右值
	10;
	x + y;
	fmin(x, y);
	// 以下几个都是对右值的右值引用
	int&& rr1 = 10;
	double&& rr2 = x + y;
	double&& rr3 = fmin(x, y);
	// 这里编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
	10 = 1;
	x + y = 1;
	fmin(x, y) = 1;
	return 0;
}

注意

右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址，也就是说例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1去引用，是不是感觉很神奇，这个了解一下实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要。

比如：

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	int&& rr1 = 10;
	const double&& rr2 = x + y;
	rr1 = 20;
	rr2 = 5.5; // 报错
	return 0;
}

6.2 左值引用与右值引用比较

左值引用总结：

左值引用只能引用左值，不能引用右值。
但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值。

int main()
{
	// 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
	int a = 10;
	int& ra1 = a; // ra为a的别名
	//int& ra2 = 10; // 编译失败，因为10是右值
	// const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
	const int& ra3 = 10;
	const int& ra4 = a;
	return 0;
}

右值引用总结：

右值引用只能引用右值，不能引用左值。
但是右值引用可以引用move以后的左值。

int main()
{
	// 右值引用只能右值，不能引用左值。
	int&& r1 = 10;
	// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &&”
	// message : 无法将左值绑定到右值引用
	int a = 10;
	int&& r2 = a;
	// 右值引用可以引用move以后的左值
	int&& r3 = std::move(a);
	return 0;
}

6.3 右值引用使用场景和意义

前面我们可以看到左值引用既可以引用左值和又可以引用右值，那为什么C++11还要提出右值引用呢？是不是化蛇添足呢？下面我们来看看左值引用的短板，右值引用是如何补齐这个短板的！

我们使用之前模拟的string类来揭示右值引用的意义，我们增加了string(string&& s)和string& operator=(string&& s)这两个接口：
namespace my_string
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			//cout << "string(char* str)" << endl;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		// s1.swap(s2)
		void swap(string& s)
		{
			::swap(_str, s._str);
			::swap(_size, s._size);
			::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		// 拷贝构造
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		// 赋值重载
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s);
			swap(tmp);
			return *this;
		}
		// 移动构造
		string(string&& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;
			swap(s);
		}
		// 移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
	};
}
左值引用的使用场景：

做参数和做返回值都可以提高效率。
void func1(my_string::string s)
{}
void func2(const my_string::string& s)
{}
int main()
{
	my_string::string s1("hello world");
	// func1和func2的调用我们可以看到左值引用做参数减少了拷贝，提高效率的使用场景和价值
	func1(s1);
	func2(s1);
	// string operator+=(char ch) 传值返回存在深拷贝
	// string& operator+=(char ch) 传左值引用没有拷贝提高了效率
	s1 += '!';
	return 0;
}
左值引用的短板：

但是当函数返回对象是一个局部变量，出了函数作用域就不存在了，就不能使用左值引用返回，只能传值返回。例如：my_string::string to_string(int value)函数中可以看到，这里只能使用传值返回，传值返回会导致至少1次拷贝构造（如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷贝构造）。
namespace my_string
{
	my_string::string to_string(int value)
	{
		bool flag = true;
		if (value < 0)
		{
			flag = false;
			value = 0 - value;
		}
		my_string::string str;
		while (value > 0)
		{
			int x = value % 10;
			value /= 10;
			str += ('0' + x);
		}
		if (flag == false)
		{
			str += '-';
		}
		std::reverse(str.begin(), str.end());
		return str;
	}
}
int main()
{
	// 在my_string::string to_string(int value)函数中可以看到，这里
	// 只能使用传值返回，传值返回会导致至少1次拷贝构造(如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷贝构造)。
	my_string::string ret1 = my_string::to_string(1234);
	my_string::string ret2 = my_string::to_string(-1234);
	return 0;
}
右值引用和移动语义解决上述问题：

在my_string::string中增加移动构造，移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来，占为已有，那么就不用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己。

当我们实现了移动构造：
string(string&& s)
	:_str(nullptr)
	, _size(0)
	, _capacity(0)
{
	cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;
	swap(s);
}
再运行上面my_string::to_string的两个调用，我们会发现，这里没有调用深拷贝的拷贝构造，而是调用了移动构造，移动构造中没有新开空间，拷贝数据，所以效率提高了。

图解：

不仅仅有移动构造，还有移动赋值：
string& operator=(string&& s)
{
	cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;
	swap(s);
	return *this;
}

int main()
{
    my_string::string ret1;
    ret1 = my_string::to_string(1234);
    return 0;
}
// 运行结果：
// string(string&& s) -- 移动语义
// string& operator=(string&& s) -- 移动语义
在my_string::string类中增加移动赋值函数，再去调用my_string::to_string(1234)，不过这次是将my_string::to_string(1234)返回的右值对象赋值给ret1对象，这时调用的是移动赋值。

这里运行后，我们看到调用了一次移动构造和一次移动赋值。因为如果是用一个已经存在的对象接收，编译器就没办法优化了。my_string::to_string函数中会先用str生成构造生成一个临时对象，但是我们可以看到，编译器很聪明的在这里把str识别成了右值，调用了移动构造。然后在把这个临时对象做为my_string::to_string函数调用的返回值赋值给ret1，这里调用的移动赋值。

STL中的容器都增加了移动构造和移动赋值。

6.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析

按照语法，右值引用只能引用右值，但右值引用一定不能引用左值吗？因为有些场景下，可能真的需要用右值去引用左值实现移动语义。当需要用右值引用引用一个左值时，可以通过move函数将左值转化为右值。C++11中，std::move()函数位于头文件中，该函数名字具有迷惑性，它并不搬移任何东西，唯一的功能就是将一个左值强制转化为右值引用，然后实现移动语义。

move底层是这样的：（不必深入了解，知道功能即可）
template<class _Ty>
inline typename remove_reference<_Ty>::type&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{
	// forward _Arg as movable
	return ((typename remove_reference<_Ty>::type&&)_Arg);
}
举个例子：
int main()
{
	my_string::string s1("hello world");
	// 这里s1是左值，调用的是拷贝构造
	my_string::string s2(s1);
	// 这里我们把s1 move处理以后, 会被当成右值，调用移动构造
	// 但是这里要注意，一般是不要这样用的，因为我们会发现s1的
	// 资源被转移给了s3，s1被置空了。
	my_string::string s3(std::move(s1));
	return 0;
}
STL容器中插入接口也增加了右值引用版本，例如：
void push_back(value_type&& val);

int main()
{
	list<my_string::string> lt;
	my_string::string s1("1111");
	// 这里调用的是拷贝构造
	lt.push_back(s1);
	// 下面调用都是移动构造
	lt.push_back("2222");
	lt.push_back(std::move(s1));
	return 0;
}
// 运行结果：
// string(const string& s) -- 深拷贝
// string(string&& s) -- 移动语义
// string(string&& s) -- 移动语义
图解：

6.5 完美转发

模板中的&&万能引用

模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。模板的万能引用只是提供了能够同时接收左值引用和右值引用的能力，但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值，我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性，就需要用我们下面学习的完美转发。

来看此段代码：
void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }

template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{
	Fun(t);
}
int main()
{
	PerfectForward(10); // 右值
	int a;
	PerfectForward(a); // 左值
	PerfectForward(std::move(a)); // 右值
	const int b = 8;
	PerfectForward(b); // const 左值
	PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
	return 0;
}
但是运行结果是：

这就是因为模板中的万能引用会将右值退化成左值，所以后续使用过程它就变成了左值。

std::forward（完美转发）在传参的过程中保留对象原生类型属性，即保持参数的值类别（左值或右值）不变。

以下是用完美转发修改后的代码：
#include <iostream>
using namespace std;

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }

template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{
    Fun(std::forward<T>(t));
}

int main()
{
    PerfectForward(10); // 右值
    int a;
    PerfectForward(a); // 左值
    PerfectForward(std::move(a)); // 右值
    const int b = 8;
    PerfectForward(b); // const 左值
    PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
    return 0;
}

7. 新的类功能

默认成员函数

原来C++类中，有6个默认成员函数：

构造函数

析构函数

拷贝构造函数

拷贝赋值重载

取地址重载

const 取地址重载

最后重要的是前4个，后两个用处不大。默认成员函数就是我们不写编译器会生成一个默认的。C++11 新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符重载。

针对移动构造函数和移动赋值运算符重载有一些需要注意的点如下：

如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。
如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。（默认移动赋值跟上面移动构造完全类似）
如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。

类成员变量初始化

C++11允许在类定义时给成员变量初始缺省值，默认生成构造函数会使用这些缺省值初始化。

强制生成默认函数的关键字default

C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成。

语法像这样：
ClassName() = default;

禁止生成默认函数的关键字delete

如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁已，这样只要其他人想要调用就会报错。在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。

语法像这样：
ClassName() = delete;

继承和多态中的final与override关键字

这部分可点击这个链接查看：多态深度剖析。这里不再赘述。

8. 可变参数模板

C++11的新特性可变参数模板能够让您创建可以接受可变参数的函数模板和类模板，相比C++98/03，类模版和函数模版中只能含固定数量的模版参数，可变模版参数无疑是一个巨大的改进。然而由于可变模版参数比较抽象，使用起来需要一定的技巧，所以这块还是比较晦涩的。现阶段，我们掌握一些基础的可变参数模板特性就够我们用了，所以这里我们点到为止，以后大家如果有需要，再可以深入学习。

下面就是一个基本可变参数的函数模板：
// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包
// 声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}
上面的参数args前面有省略号，所以它就是一个可变模版参数，我们把带省略号的参数称为“参数包”，它里面包含了0到N（N>=0）个模版参数。我们无法直接获取参数包args中的每个参数的，只能通过展开参数包的方式来获取参数包中的每个参数，这是使用可变模版参数的一个主要特点，也是最大的难点，即如何展开可变模版参数。由于语法不支持使用args[i]这样方式获取可变参数，所以我们的用一些奇招来一一获取参数包的值。

递归函数方式展开参数包

// 递归终止函数
template <class T>
void ShowList(const T& t)
{
	cout << t << endl;
}
// 展开函数
template <class T, class ...Args>
void ShowList(T value, Args... args)
{
	cout << value << " ";
	ShowList(args...);
}
int main()
{
	ShowList(1);
	ShowList(1, 'A');
	ShowList(1, 'A', std::string("sort"));
	return 0;
}

逗号表达式展开参数包

这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，是直接在expand函数体中展开的, printarg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种就地展开参数包的方式实现的关键是逗号表达式。我们知道逗号表达式会按顺序执行逗号前面的表达式。expand函数中的逗号表达式：(printarg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行printarg(args)，再得到逗号表达式的结果0。同时还用到了C++11的另外一个特性——初始化列表，通过初始化列表来初始化一个变长数组，{(printarg(args), 0)…}将会展开成((printarg(arg1),0),(printarg(arg2),0), (printarg(arg3),0), etc… )，最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof…(Args)]。由于是逗号表达式，在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分printarg(args)打印出参数，也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了，这个数组的目的纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包。

像这样：
template <class T>
void PrintArg(T t)
{
	cout << t << " ";
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
	int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };
	cout << endl;
}
int main()
{
	ShowList(1);
	ShowList(1, 'A');
	ShowList(1, 'A', std::string("sort"));
	return 0;
}

STL容器中的empalce相关接口函数

接口声明：
template <class... Args>
void emplace_back (Args&&... args);
首先我们看到的emplace系列的接口，支持模板的可变参数，并且万能引用。那么相对insert和emplace系列接口的优势到底在哪里呢？

来看这段代码：
int main()
{
	std::list< std::pair<int, char> > mylist;
	mylist.emplace_back(10, 'a');
	mylist.emplace_back(20, 'b');
	mylist.emplace_back(make_pair(30, 'c'));
	mylist.push_back(make_pair(40, 'd'));
	mylist.push_back({ 50, 'e' });
	for (auto e : mylist)
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	return 0;
}
运行结果：

可以看到emplace_back支持可变参数，拿到构建pair对象的参数后自己去创建对象，那么在这里我们可以看到除了用法上，和push_back没什么太大的区别。

再看这段代码：
int main()
{
	std::list< std::pair<int, my_string::string> > mylist;
	mylist.emplace_back(10, "sort");
	mylist.emplace_back(make_pair(20, "sort"));
	mylist.push_back(make_pair(30, "sort"));
	mylist.push_back({ 40, "sort" });
	return 0;
}
运行结果：

我们试一下带有拷贝构造和移动构造的my_string::string，我们会发现其实差别也不大，emplace_back是直接构造了，push_back是先构造，再移动构造，性能略优一点（其实也还好）。

9. lambda表达式

9.1 C++98中的一个例子

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，就可以使用std::sort的方法。

#include <algorithm>
#include <functional>
int main()
{
	int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
	// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
	return 0;
}

如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则：

struct Goods
{
	string _name; // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};
struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};
int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
	3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式。

9.2 lambda表达式

先展示：

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price < g2._price; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price > g2._price; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate < g2._evaluate; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate > g2._evaluate; });
}

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数。

9.3 lambda表达式的语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}

lambda表达式各部分说明

[capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
(parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略
mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。
->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
{statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

注意：在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

例如：
int main()
{
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[] {};
	// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=] {return a + 3; };
	// 省略了返回值类型，无返回值类型
	auto fun1 = [&](int c) {b = a + c; };
	fun1(10);
	cout << a << " " << b << endl;
	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };
	cout << fun2(10) << endl;
	// 复制捕捉x
	int x = 10;
	auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
	cout << add_x(10) << endl;
	return 0;
}
运行结果：

通过上述例子可以看出，lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。

捕获列表说明

捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。

[var]：表示值传递方式捕捉变量var。
[=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量（包括this）。
[&var]：表示引用传递捕捉变量var。
[&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量（包括this）。
[this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针。

注意：

a. 父作用域指包含lambda函数的语句块。

b. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。

比如：

[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量。

[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量。

c. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。

比如：

[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复。编译错误。

d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。

e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。

f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同。

举例（解释已在注释中）：

void (*PF)();
int main()
{
	auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	// 此处先不解释原因，等lambda表达式底层实现原理看完后，大家就清楚了
	//f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=()
	// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
	auto f3(f2);
	f3();
	// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
	PF = f2;
	PF();
	return 0;
}

9.4 函数对象与lambda表达式

函数对象，又称为仿函数，即可以像函数一样使用的对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象。

例如：
class Rate
{
public:
	Rate(double rate) : _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;
};
int main()
{
	// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	// lamber
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;};
	r2(10000, 2);
	return 0;
}
从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样。

函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到。

实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的，即：如果定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了operator()。

10. 包装器

function包装器

function包装器也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。

那么我们来看看，我们为什么需要function呢？

// ret = func(x);
// 上面func可能是什么呢？那么func可能是函数名？函数指针？函数对象(仿函数对象)？也有可能
// 是lamber表达式对象？所以这些都是可调用的类型！如此丰富的类型，可能会导致模板的效率低下！
// 为什么呢？我们继续往下看
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{
	static int count = 0;
	cout << "count:" << ++count << endl;
	cout << "count:" << &count << endl;
	return f(x);
}
double f(double i)
{
	return i / 2;
}
struct Functor
{
	double operator()(double d)
	{
		return d / 3;
	}
};
int main()
{
	// 函数名
	cout << useF(f, 11.11) << endl;
	// 函数对象
	cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;
	// lamber表达式
	cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;
	return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

通过上面的程序验证，我们会发现useF函数模板实例化了三份。

包装器可以很好的解决上面的问题，声明如下：

// std::function在头文件<functional>
// 类模板原型如下
template <class T> function; // undefined
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;
模板参数说明：
Ret：被调用函数的返回类型
Args…：被调用函数的形参

使用方法如下：

#include <functional>
int f(int a, int b)
{
	return a + b;
}
struct Functor
{
public:
	int operator() (int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
};
class Plus
{
public:
	static int plusi(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
	double plusd(double a, double b)
	{
		return a + b;
	}
};
int main()
{
	// 函数名(函数指针)
	std::function<int(int, int)> func1 = f;
	cout << func1(1, 2) << endl;
	// 函数对象
	std::function<int(int, int)> func2 = Functor();
	cout << func2(1, 2) << endl;
	// lamber表达式
	std::function<int(int, int)> func3 = [](const int a, const int b)
	{ return a + b; };
	cout << func3(1, 2) << endl;
	// 类的成员函数
	std::function<int(int, int)> func4 = &Plus::plusi;
	cout << func4(1, 2) << endl;
	std::function<double(Plus, double, double)> func5 = &Plus::plusd;
	cout << func5(Plus(), 1.1, 2.2) << endl;
	return 0;
}

有了包装器，那它是如何解决模板的效率低下，实例化多份的问题呢？

#include <functional>
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{
	static int count = 0;
	cout << "count:" << ++count << endl;
	cout << "count:" << &count << endl;
	return f(x);
}
double f(double i)
{
	return i / 2;
}
struct Functor
{
	double operator()(double d)
	{
		return d / 3;
	}
};
int main()
{
	// 函数名
	std::function<double(double)> func1 = f;
	cout << useF(func1, 11.11) << endl;
	// 函数对象
	std::function<double(double)> func2 = Functor();
	cout << useF(func2, 11.11) << endl;
	// lamber表达式
	std::function<double(double)> func3 = [](double d)->double { return d / 4; };
	cout << useF(func3, 11.11) << endl;
	return 0;
}
运行结果：

bind

std::bind函数定义在头文件中，是一个函数模板，它就像一个函数包装器（适配器），接受一个可调用对象（callable object），生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。一般而言，我们用它可以把一个原本接收N个参数的函数fn，通过绑定一些参数，返回一个接收M个（M可以大于N，但这么做没什么意义）参数的新函数。同时，使用std::bind函数还可以实现参数顺序调整等操作。

声明原型如下：
template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn&& fn, Args&&... args);
// with return type (2)
template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn&& fn, Args&&... args);
可以将bind函数看作是一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。

调用bind的一般形式：auto newCallable = bind(callable,arg_list);

其中，newCallable本身是一个可调用对象，arg_list是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的callable的参数。当我们调用newCallable时，newCallable会调用callable，并传给它arg_list中的参数。

arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是“占位符”，表示newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的“位置”。数值n表示生成的可调用对象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数，以此类推。

使用方法如下：

// 使用举例
#include <functional>
int Plus(int a, int b)
{
	return a + b;
}
class Sub
{
public:
	int sub(int a, int b)
	{
		return a - b;
	}
};
int main()
{
	//表示绑定函数plus 参数分别由调用 func1 的第一，二个参数指定
	std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);
	//auto func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);
	//func2的类型为 function<void(int, int, int)> 与func1类型一样
	//表示绑定函数 plus 的第一，二为： 1， 2
	auto func2 = std::bind(Plus, 1, 2);
	cout << func1(1, 2) << endl;
	cout << func2() << endl;
	Sub s;
	// 绑定成员函数
	std::function<int(int, int)> func3 = std::bind(&Sub::sub, s, placeholders::_1, placeholders::_2);
	// 参数调换顺序
	std::function<int(int, int)> func4 = std::bind(&Sub::sub, s, placeholders::_2, placeholders::_1);
	cout << func3(1, 2) << endl;
	cout << func4(1, 2) << endl;
	return 0;
}