C++11 新特性

在 C++ 的发展历程中，2011 年发布的 C++11 是改动规模最大的一次升级，通常被看作传统 C++ 与 “现代 C++” 的分水岭。

前面我们学过的自动类型推导、范围循环、专用空指针、匿名函数和智能指针等高频语法，其实都是从 C++11 开始加入标准的。把这些知识点集中梳理一遍，以后我们在阅读旧项目代码或排查版本问题时会清晰很多。

C++11 新特性概览

在 C++11 中，标准委员会不仅大幅简化了日常高频语法，还一次性补齐了智能指针、移动语义、哈希容器与多线程等标准库工具。其中最常用的代表性特性如下表所示。

日常基础语法改进

在早期的 C++98 时代，哪怕只是给容器赋几个初始值、遍历里面的元素，或者把指针设为空，写起来都比较繁琐。C++11 对这些高频基础语法做了大幅简化，主要体现在以下两个方面。

1. 列表初始化、auto 与范围 for 循环

在 C++11 中，我们可以直接使用花括号（{}）给 std::vector 等容器赋初值，不再需要一行一行地调用 push_back()。同时配合 auto 关键字，编译器还能根据初始值自动推导出变量类型。

当我们需要遍历容器元素时，也不必再手写一长串迭代器类型，直接使用范围 for 循环就能从头到尾依次读取。下面我们来看一个例子。

示例 1：初始化与遍历容器

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    // 花括号列表初始化
    std::vector<int> nums = {10, 20, 30, 40};
    auto count = nums.size();    // 自动推导类型

    std::cout << "元素个数：" << count << '\n';
    std::cout << "容器元素：";
    for (int n : nums) {
        std::cout << n << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

元素个数：4
容器元素：10 20 30 40

分析：

在这个例子中，我们创建 nums 时直接通过 {10, 20, 30, 40} 填入了 4 个初始整数。下一行 auto count = nums.size(); 会根据右侧返回值，自动将 count 推导为无符号整型 std::size_t。

接着，for (int n : nums) 会依次取出 nums 中的每个元素并赋给变量 n。对比 C++11 写法与早期的 C++98 写法，下面 2 种方式是等价的。

// 方式 1（推荐）
std::vector<int> nums = {10, 20, 30, 40};
for (int n : nums) {
    std::cout << n << ' ';
}

// 方式 2
std::vector<int> nums;
nums.push_back(10);
nums.push_back(20);
nums.push_back(30);
nums.push_back(40);

std::vector<int>::iterator it;
for (it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
    std::cout << *it << ' ';
}

对比可以看出，早期的方式 2 光声明一个迭代器类型 std::vector<int>::iterator 就要敲二十多个字符（如果换成 C++11 的 auto，直接写 auto it = nums.begin(); 就行了）。而使用方式 1 的花括号初始化配合范围 for 循环，短短几行代码就能搞定，可读性高出了不少。

2. 空指针字面量（nullptr）

在早期的 C++ 代码中，表示空指针通常使用宏 NULL，但 NULL 在底层其实就是整数 0 的宏定义。如果遇到同时接收整数 int 和指针 int* 的重载函数，传入 NULL 会被编译器当成整数 0，结果调错了函数。

为了解决这个混淆问题，C++11 引入了专门的空指针字面量 nullptr。它的类型是独立的 std::nullptr_t，可以自动转换为任意类型的指针，但不会再被当成普通整数。请看下面例子。

示例 2：区分空指针与整数 0

#include <iostream>

void check(int n) {
    std::cout << "调用整数版本：" << n << '\n';
}

void check(int* p) {
    if (p == nullptr) {
        std::cout << "调用指针版本：空指针" << '\n';
    }
}

int main() {
    check(0);          // 传入整数 0
    check(nullptr);    // 传入空指针
    return 0;
}

运行结果如下。

调用整数版本：0
调用指针版本：空指针

分析：

check(0); 表示传入整数 0，因此匹配的是 void check(int n)。而 check(nullptr); 传入的是专用空指针字面量，编译器会准确匹配指针重载版本 void check(int* p)。

在现代 C++ 开发中，小伙伴们只需要记住这么一个规则：凡是需要表示空指针的地方，统一使用 nullptr，不要再使用旧式的 NULL 或 0。

Lambda 表达式

如果我们调用 std::sort()、std::find_if() 等标准库算法指定自定义规则，在函数外面单独定义一个普通函数往往会把逻辑拆得上下分散。

在 C++11 中，我们可以使用 Lambda 表达式在调用算法的位置直接写出匿名函数，随写随用，逻辑一目了然。

示例 3：Lambda 降序排列

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {5, 2, 8, 1, 9};

    // 按从大到小降序排列
    std::sort(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) {
        return a > b;
    });

    std::cout << "降序结果：";
    for (int n : nums) {
        std::cout << n << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

降序结果：9 8 5 2 1

分析：

在这个例子中，我们给 std::sort() 传入的第 3 个参数就是一个 Lambda 表达式。其中开头的方括号 [] 是捕获列表，圆括号 (int a, int b) 是参数列表，花括号内的 return a > b; 则是具体的比较规则。

默认情况下，std::sort() 会按从小到大的升序排列。这里写出 return a > b; 表示当左边的数 a 大于右边的数 b 时排在前面，最终就会得到从大到小的降序结果。

智能指针与移动语义

除了简化日常语法，C++11 在动态内存管理与资源传递上也带来了两项关键改进：

• 智能指针：在 <memory> 头文件中提供了 std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr，让堆内存随着对象销毁自动释放，大幅减少了手动 new 和 delete 引发的内存泄漏。
• 右值引用与移动语义：引入了右值引用（&&）与 std::move() 函数，支持将不再使用的对象内部的底层资源直接 “移交” 给新对象，省去了重复深拷贝的内存开销。

下面我们来看一个智能指针与移动语义配合使用的例子。

示例 4：转移智能指针所有权

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <utility>

int main() {
    // 创建独占智能指针管理字符串
    std::unique_ptr<std::string> p1(new std::string("lvyenet"));

    // 将所有权从 p1 转移给 p2
    std::unique_ptr<std::string> p2 = std::move(p1);

    if (p1 == nullptr) {
        std::cout << "转移后 p1 已变为空指针" << '\n';
    }
    std::cout << "p2 接管的内容：" << *p2 << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

转移后 p1 已变为空指针
p2 接管的内容：lvyenet

分析：

在上面例子中，std::unique_ptr 独占所管理的字符串，不允许直接写成 p2 = p1; 复制。当我们调用 std::move(p1) 时，p1 内部的堆内存指针会直接移交给 p2，同时 p1 自身变为空指针 nullptr，等函数结束时由 p2 自动释放内存。

可能有些小伙伴会问：“前面学习智能指针时不是推荐使用 std::make_unique() 吗？为什么这里写的是 new？” 其实原因很简单，C++11 当时只引入了 std::unique_ptr 类模板，配套的 std::make_unique() 是在随后的 C++14 中才补上的。

新增容器、时间库与多线程支持

在标准库方面，C++11 还补充了一批现代项目开发常用的工具组件，主要分为以下 3 类：

• 新增 STL 容器：提供了固定长度的 std::array、基于哈希表实现快速查找的 std::unordered_map 与 std::unordered_set，以及能打包多个不同类型数据的元组 std::tuple。
• 时间与随机数库：引入了高精度计时的 <chrono> 时间库与 <random> 随机数库，我们不再需要依赖早期 C 语言中精度有限、分布不够均匀的 time() 和 rand()。
• 跨平台多线程库：首次在标准库中内置了 <thread>、<mutex>、<condition_variable>、<atomic> 和 <future>，我们编写同一套并发代码就能在不同操作系统上直接编译运行。