C++26 引入了一系列新功能, 进一步提升了语言的灵活性, 性能和易用性. 本文将列举其中的一些新特性, 并通过代码示例帮助您快速掌握.

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1. 静态反射 (Static Reflection)

静态反射允许开发者在编译时查询和操作类型信息, 为元编程提供了强大的支持. 这一特性极大地简化了类型处理, 自动生成代码等复杂任务.

示例: 枚举转字符串

#include <experimental/meta>
#include <iostream>
#include <string>
#include <type_traits>

template <typename E>
    requires std::is_enum_v<E>
constexpr std::string enum_to_string(E value) {
    std::string result = "<unnamed>";
    [:expand(std::meta::enumerators_of(^E)):] >> [&]<auto e> {
        if (value == [:e:]) {
            result = std::meta::identifier_of(e);
        }
    };
    return result;
}

enum Color { red, green, blue };
static_assert(enum_to_string(Color::red) == "red");
static_assert(enum_to_string(Color(42)) == "<unnamed>");

int main() {
    Color red = Color::red;
    std::cout << enum_to_string(red) << std::endl;
    return 0;
}

应用场景

• 类型描述自动生成: 通过反射轻松提取类型信息.
• 代码生成工具: 基于反射实现自动代码生成和序列化.
• 复杂元编程: 减少模板代码的复杂性.

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2. 合约 (Contracts)

合约为函数定义前置条件, 后置条件和断言, 提升代码的可靠性.

示例: 定义函数合约

#include <contracts> // 合约支持的头文件

int divide(int numerator, int denominator)
    pre (denominator != 0)                   // 前置条件: 分母不能为 0
    post (result: result * denominator == numerator) // 后置条件: 结果 * 分母 == 分子
{
    contract_assert(numerator >= 0);         // 断言: 分子必须是非负数
    return numerator / denominator;
}

应用场景

• 输入验证: 确保函数调用的参数满足预期.
• 逻辑验证: 自动检测计算结果是否符合约定.
• 调试工具: 通过断言捕捉潜在的逻辑错误.

注意: 此功能目前仍需特定编译器支持.

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3. 条件中的结构化绑定 (Structured Bindings in Conditions)

C++26 引入了在 if 或 while 条件语句中使用结构化绑定的能力, 进一步简化了错误处理流程.

示例: 改进的错误处理

#include <charconv>
#include <cstring>
#include <iostream>

void parse_int(char* str) {
    if (auto [ptr, ec] = std::to_chars(str, str + std::strlen(str), 42);
        ec == std::errc{}) {
        std::cout << "Parsed successfully.\n";
    } else {
        std::cerr << "Failed to parse: " << str << "\n";
    }
}

int main() {
    const char* buffer = "42";
    parse_int(buffer);  // 输出: Parsed successfully.
    return 0;
}

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应用场景

• 简化异常处理: 在条件语句中直接解构返回值.
• 提高可读性: 通过解构直接获取多个结果.

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4. 包索引 (Pack Indexing)

包索引让开发者能直接访问模板参数包中的特定元素, 简化模板编程.

示例: 获取参数包的第一个和最后一个元素

#include <iostream>
#include <tuple>

template <typename... Args>
constexpr auto first_and_last(Args... args) {
    return std::make_pair(Args...[0], Args...[sizeof...(Args) - 1]);
}

int main() {
    auto [first, last] = first_and_last(1, 2, 3, 4, 5);
    std::cout << "First: " << first << ", Last: " << last << "\n";
    return 0;
}

注意: 当前示例基于提案实现, 需等待特定编译器支持.

应用场景

• 元组操作: 直接访问和操作元组中的特定元素.
• 参数解包: 在模板编程中高效地解包和处理参数包.
• 代码生成: 简化生成代码时对参数包的处理.
• 编译时计算: 在编译时对参数包进行索引和计算, 提高编译期的灵活性.
• 容器操作: 在自定义容器中高效地访问和操作元素.

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5. 饱和算术 (Saturation Arithmetic)

饱和算术为加减乘除提供安全操作, 避免溢出.

示例: 安全算术操作

#include <iostream>
#include <numeric>  // 包含饱和算术的定义

int main() {
    // 饱和加法
    int add_result = std::add_sat<signed char>(100, 30);
    std::cout << "Saturated Add: " << add_result << "\n";  // 输出: 127

    // 饱和减法
    int sub_result = std::sub_sat<signed char>(-100, 30);
    std::cout << "Saturated Sub: " << sub_result << "\n";  // 输出: -128

    // 饱和乘法
    int mul_result = std::mul_sat<signed char>(100, 30);
    std::cout << "Saturated Mul: " << mul_result << "\n";  // 输出: 127

    // 类型转换的饱和
    long large_value = 150;
    int saturated_cast_result = std::saturate_cast<signed char>(large_value);
    std::cout << "Saturated Cast: " << saturated_cast_result
              << "\n";  // 输出: 127

    return 0;
}

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应用场景

• 图像处理: 确保像素值在合法范围内(如 0-255).
• 嵌入式系统: 防止溢出带来的意外行为.

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6. 为函数delete标记添加说明

通过为delete标记添加说明, 开发者能更清晰地了解函数为何被删除.

#include <functional>

void NewAPI();
void OldAPI() = delete("OldAPI() is outdated and been removed - use NewAPI().");

template <class T>
auto cref(const T&) -> std::reference_wrapper<const T>;

template <class T>
auto cref(const T&&) = delete("cref(rvalue) is dangerous!");

int main() {
    int i = 0;
    auto r1 = std::cref(i);   // OK
    auto r2 = std::cref(42);  // Error, best match is deleted

    return 0;
}

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参考这篇博客:What =delete means

应用场景

• API 更新: 清晰地标记过时的函数, 引导用户使用新的 API.
• 安全性: 阻止危险的函数调用, 提高代码的安全性.

7. 匿名占位符的改进

#include <tuple>

[[nodiscard]] int foo() { return 0; }

[[nodiscard]] std::tuple<int, int, double> tuple() { return {0, 1, 1.0}; }

int multi() {
    auto _ = 1;                  // OK
    auto _ = 2.0;                // OK, no conflict
    auto _ = "string";           // OK, no conflict
    auto [ret, _, _] = tuple();  // OK, no conflict
    // return _; // Error, `_` has multi definition
    return ret;
}

int main() {
    // before C++26
    [[maybe_unused]] int a = foo();  // OK
    std::ignore = foo();             // OK
    static_cast<void>(foo());        // Not recommended

    // from C++26
    auto _ = foo();

    auto _ = multi();

    auto [ret, _, _] = tuple();
    return ret;
}

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8. 用户自定义 static_assert 错误信息

#include <format>

template <typename T>
void test_fun(T a) {
    static_assert(
        sizeof(T) == 1,
        std::format("Unexpected sizeof: expect 1, got {}", sizeof(T)));
}

int main() {
    test_fun('c');  // OK
    // test_fun(1);    // error
}

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9. 为花括号初始化的内容提供静态存储支持

std::vector<char> v = {
    #embed "2mb-image.png"
};

这段代码中的 #embed 指令可以让大型文件的数据在编译时直接嵌入为静态存储的一部分, 从而提高加载效率.

10. 新的头文件<debugging>

#include <debugging>
int main() {
    std::breakpoint_if_debugging();  // stop if in debugger
}

尚无编译器支持.

总结

C++26 的特性为现代 C++ 编程带来了更多的灵活性和高效性, 通过这些改进, C++ 程序员将能够更轻松地编写出高性能的现代化代码.