C++11入门：现代C++编程技巧与基础指南

C++11旨在提升代码的可读性、可维护性和性能。它引入了模块化支持、自动类型推断、控制流与函数式编程改进等特性，涵盖了基础类型与数据结构，如std::vector、std::map，以及控制流与函数式编程优化。C++11还以并发编程与线程基础，结合std::async和std::future，简化了异步操作。模板与泛型编程的增强，通过构造函数模板、常量模板和元编程工具如std::integral_constant，提供了更强大的类型检查与功能选择能力。实战项目与案例分析展示了如何应用C++11特性构建高效应用，同时提供了陷阱分析与优化建议，助你安全地运用新特性。

基础类型与数据结构

C++11中的基本类型和新引入的类型

C++11继续支持原始的C++类型，如整型、浮点型、字符型和指针等。此外，新增了：

• std::vector：动态大小的数组，高效插入、删除和查找元素。
• std::array：大小固定但可初始化的数组，替代原始std::array，提供现代接口。
• std::map和std::unordered_map：基于红黑树和哈希表的键值对容器，高效查找。
• std::list和std::deque：适用于不同场景的序列容器，std::deque特别适合队列和多队列应用。

示例代码

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    for (int i : vec) {
        std::cout << i << ' ';
    }
    std::cout << '\n';

    std::array<int, 4> arr = {1, 2, 3, 4};
    for (int i : arr) {
        std::cout << i << ' ';
    }
    std::cout << '\n';

    std::map<std::string, int> phonebook = {{"Alice", 1234}, {"Bob", 5678}};
    for (const auto &entry : phonebook) {
        std::cout << entry.first << ": " << entry.second << '\n';
    }

    std::list<int> lst = {1, 2, 3};
    for (int i : lst) {
        std::cout << i << ' ';
    }

    std::deque<int> dq = {1, 2, 3};
    for (int i : dq) {
        std::cout << i << ' ';
    }
    return 0;
}

控制流与函数式编程

断言和异常处理优化

异常处理在C++11中得到进一步优化，包含更强大try、catch和finally块，允许更精细控制异常流。

示例代码

#include <iostream>
#include <stdexcept>

int safe_divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("Division by zero!");
    }
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        int result = safe_divide(10, 0);
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Caught an exception: " << e.what() << '\n';
    }
    return 0;
}

Lambda表达式的使用

std::function和std::bind简化了lambda表达式的使用。

示例代码

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>

void print(const std::string &s) {
    std::cout << s << '\n';
}

int main() {
    std::vector<std::string> words = {"Hello", "World"};
    std::for_each(words.begin(), words.end(), [](const std::string &word) {
        print(word);
    });
    return 0;
}

并发编程与线程

示例代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx; // 创建互斥锁

void print_text(const std::string &text) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << text << '\n';
}

int main() {
    std::thread t1(print_text, "Thread 1");
    std::thread t2(print_text, "Thread 2");

    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

std::async和std::future的使用

异步操作简化了并发编程。

示例代码

#include <iostream>
#include <future>
#include <string>

std::string long_task() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    return "Task completed!";
}

int main() {
    std::future<std::string> result = std::async(std::launch::deferred, long_task);
    std::cout << result.get() << '\n';
    return 0;
}

模板与泛型编程

构造函数模板和常量模板

模板允许编写通用代码，针对不同类型的实例化。

示例代码

#include <iostream>
#include <string>

template <typename T>
void print(const T &value) {
    std::cout << value << '\n';
}

int main() {
    print(42); // 对整数实例化
    print(std::string("Hello")); // 对字符串实例化
    return 0;
}

元编程示例

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
struct integral_constant {
    static const bool value = true;
};

template <typename T, typename U>
struct integral_constant<T, false> {
    static const bool value = false;
};

int main() {
    std::cout << std::boolalpha << integral_constant<int>::value << '\n';
    std::cout << std::boolalpha << integral_constant<bool>::value << '\n';
    return 0;
}

案例分析与实战

实战项目介绍

构建一个简单的事件处理库，利用std::vector、std::function和std::unique_ptr等现代C++11特性。

示例代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>
#include <memory>

class EventProcessor {
public:
    void registerHandler(const std::function<void()> &handler) {
        handlers.push_back(std::make_unique<std::function<void()>>(handler));
    }

    void trigger() {
        for (auto &handler : handlers) {
            handler();
        }
    }

private:
    std::vector<std::unique_ptr<std::function<void()>>> handlers;
};

int main() {
    EventProcessor processor;
    processor.registerHandler([] { std::cout << "Event 1 triggered\n"; });
    processor.registerHandler([] { std::cout << "Event 2 triggered\n"; });
    processor.trigger();
    return 0;
}

错误案例分析

• 陷阱1：未初始化的变量：

  int x;
  // ...
  std::cout << x << '\n';

  优化：确保变量初始化，避免未定义行为。

• 陷阱2：对容器进行循环中修改：

  std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
  for (auto &i : vec) {
      if (i == 2) {
          vec.erase(std::remove(vec.begin(), vec.end(), i), vec.end());
      }
  }

  优化：使用范围基元简化循环，避免直接修改范围内的元素。

• 陷阱3：错误使用boost或Qt的C++11支持：
  优化：直接使用C++11特性，或选择兼容C++11的库版本。

结束语与后续学习资源推荐

通过深入理解C++11的特性，开发者可以构建更高效、安全且易于维护的现代C++应用程序。持续实践和学习，探索C++17、C++20等后续版本的特性，使代码更简练和强大。推荐使用在线学习平台慕课网等资源进一步学习现代C++编程技巧。