2024-03-09

C++17 的新特性：讓寫程式更簡潔、更高效

本篇 ShengYu 紀錄 C++17 的幾個新特性，隨著計算機科學的不斷發展，程式語言也在不斷演進，以滿足開發人員日益增長的需求。C++17 引入了許多令人振奮的新功能和特性，旨在使寫程式變得更加簡潔、更加高效。在本文中，我們將探討 C++17 中的一些重要特性，並通過簡單易懂的示例演示其用法和優勢。

C++17 新增了那些功能跟特色？

C++17 引入了許多新功能和特性，其中一些包括：

結構化綁定：允許從元組或其他結構中解構數據成員，使代碼更清晰易讀。
constexpr if：在編譯時根據條件進行模板的分支選擇，增強了模板元編程的能力。
並行演算法函式庫：引入了一些並行執行的標準演算法，提高了性能。
新的屬性和屬性修飾符：包括 [[nodiscard]]、[[fallthrough]] 等，用於更好地控制編譯器行為。
巢狀命名空間：允許在命名空間內部巢狀其他命名空間，提高了代碼的模塊化程度。
修正了一些語言和庫的缺陷和不一致性，提高了語言的一致性和易用性。

根據以上幾個項目，讓我們更詳細地討論每個項目，並提供一些示例：

1. 結構化綁定：清晰解構數據

C++17 引入了結構化綁定，讓我們可以輕松地從元組或其他結構中解構數據成員，從而使代碼更加清晰易讀。

例如，在迭代器循環中使用結構化綁定，可以這樣做：

#include <iostream>
#include <map>

int main() {
    std::map<int, std::string> myMap{{1, "One"}, {2, "Two"}, {3, "Three"}};

    for (const auto& [key, value] : myMap) {
        std::cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << std::endl;
    }

    return 0;
}

這種結構化的方式使得我們可以直觀地訪問鍵值對的內容，讓代碼更加易於理解和維護。

例如，在標準庫類型中使用結構化綁定，可以這樣做：

#include <tuple>
#include <iostream>

int main() {
    std::tuple<int, double, std::string> data{42, 3.14, "Hello"};

    auto [num, value, text] = data;

    std::cout << "num: " << num << ", value: " << value << ", text: " << text << std::endl;

    return 0;
}

在函數返回值中使用結構化綁定，可以這樣做：

#include <iostream>
#include <tuple>

std::tuple<int, double, std::string> getTuple() {
    return std::make_tuple(42, 3.14, "Hello");
}

int main() {
    auto [num, value, text] = getTuple();

    std::cout << "num: " << num << ", value: " << value << ", text: " << text << std::endl;

    return 0;
}

當涉及到結構化綁定時，你都可以在迭代器循環、函數返回值以及標準庫類型中使用。

2. constexpr if：編譯時條件分支

在 C++17 中引入了 constexpr if，它允許在編譯時根據條件進行模板的分支選擇，從而增強了模板元編程的能力。下面是一個簡單的示例：

#include <iostream>

template <typename T>
void process(T value) {
    if constexpr(std::is_integral<T>::value) {
        std::cout << "Integral value: " << value << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Non-integral value: " << value << std::endl;
    }
}

int main() {
    process(42);  // 輸出：Integral value: 42
    process(3.14);  // 輸出：Non-integral value: 3.14

    return 0;
}

這種在編譯時進行條件分支選擇的能力使得我們可以更加靈活地控制代碼的行為，提高了代碼的效率和可維護性。

3. 並行演算法函式庫：提升性能

C++17 還引入了一些標準演算法的並行版本，可以利用多核處理器提高性能。例如，我們可以使用並行排序演算法來加速排序過程：

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

int main() {
    std::vector<int> data{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5};

    // 並行排序
    std::sort(std::execution::par, data.begin(), data.end());

    for (int num : data) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

通過利用並行演算法函式庫，我們可以更充分地利用硬體資源，加速程式的執行。

4. 新的屬性和屬性修飾符：更好的控制編譯器行為

C++17 引入了一些新的屬性和屬性修飾符，例如[[nodiscard]]、[[fallthrough]]等，可以更好地控制編譯器的行為。例如，我們可以使用[[nodiscard]]屬性來告訴編譯器在忽略函數返回值時發出警告：

[[nodiscard]] int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    add(3, 4);  // 如果不使用返回值，編譯器會發出警告
    return 0;
}

這些新的屬性和屬性修飾符使得我們可以更加精確地指導編譯器對代碼進行優化，提高了代碼的健壯性和可靠性。

5. 巢狀命名空間

C++17 允許在命名空間內部巢狀其他命名空間，提高了代碼的模塊化程度。例如：

namespace outer {
    namespace inner {
        void hello() {
            std::cout << "Hello from inner namespace!" << std::endl;
        }
    }
}

int main() {
    outer::inner::hello();  // 輸出：Hello from inner namespace!
    return 0;
}

以上這些例子展示了 C++17 中新增功能的一些用法和優勢。

C++17 新增函式庫特點

C++17 新增函式庫包含了以下這些特點，

std::variant
std::optional
std::any
std::string_view
std::invoke
std::apply
std::filesystem
std::byte
splicing for maps and sets
parallel algorithms
std::sample
std::clamp
std::reduce
prefix sum algorithms
gcd and lcm
std::not_fn
string conversion to/from numbers

總結

C++17 帶來了許多令人激動的新特性，從結構化綁定到constexpr if，從並行演算法函式庫庫到新的屬性和屬性修飾符，每一個都為我們提供了更多的工具和技術來編寫更好的代碼。通過利用這些新特性，我們可以使代碼更加簡潔、高效，從而提高開發效率和程式性能。隨著更多項目逐漸遷移到 C++17 平台，相信它將成為未來 C++ 開發的重要基礎。

其他參考
https://github.com/AnthonyCalandra/modern-cpp-features/blob/master/CPP17.md

以上就是 C++17 的新特性介紹，
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