全网首发！！C 20新特性全在这一张图里了

新用户0118F7lQ 2021-10-14

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前面我写了C++11、C++14、C++17新特性系列文章，大家可以移步到这里

↓↓↓

《C++11新特性，所有知识点都在这了！》

《C++14新特性的所有知识点全在这儿啦！》

《他来了，他来了，C++17新特性精华都在这了》

没错，就差C++20新特性了，今天终于出炉啦。

语言特性

比较运算<=>

对于 (a <=> b)，如果a > b ，则运算结果>0，如果a < b，则运算结果<0，如果a==b，则运算结果等于0，注意下，运算符的结果类型会根据a和b的类型来决定，所以我们平时使用时候最好直接用auto，方便快捷。

#include <compare>#include <iostream> int main() { double foo = 0.0; double bar = 1.0; auto res = foo <=> bar; if (res < 0) std::cout << 'foo is less than bar'; else if (res == 0) std::cout << 'foo and bar are equal'; else if (res > 0) std::cout << 'foo is greater than bar';}

输出：

foo is less than bar

指定初始化（cppreference中列出来了这项，但是我没搞明白多了啥特性???知道的老铁请打在评论区）：

struct A { int x; int y; int z; };A a{.y = 2, .x = 1}; // error; designator order does not match declaration orderA b{.x = 1, .z = 2};

这种乱序初始化方式在C语言中可以，但是在C++中是不可以的，C++里一定要按顺序初始化。

for循环括号里可以初始化：

#include <iostream>#include <vector> int main() {    std::vector<int> v = {0, 1, 2, 3, 4, 5};     for (const int& i : v) // access by const reference        std::cout << i << ' ';    std::cout << '\n';     for (auto i : v) // access by value, the type of i is int        std::cout << i << ' ';    std::cout << '\n';     for (auto n = v.size(); auto i : v) // the init-statement (C++20)        std::cout << --n + i << ' ';    std::cout << '\n';}

多了一个char8_t类型，和普通的char没区别，就是容易区分出具体大小而已，就像int32_t与int一样。

[[no_unique_address]]：看着貌似没啥用，没具体关注...

[[likely]]和[[unlikely]]：在分支预测时，用于告诉编译器哪个分支更容易被执行，哪个不容易执行，方便编译器做优化。

constexpr long long fact(long long n) noexcept { if (n > 1) [[likely]] return n * fact(n - 1); else [[unlikely]] return 1;}

lambda表达式的捕获

C++20之前[=]会隐式捕获this，而C++20需要显式捕获，这样[=, this]

struct S2 { void f(int i); };void S2::f(int i){    [=]{};          // OK: by-copy capture default    [=, &i]{};      // OK: by-copy capture, except i is captured by reference    [=, *this]{};   // until C++17: Error: invalid syntax                    // since c++17: OK: captures the enclosing S2 by copy    [=, this] {};   // until C++20: Error: this when = is the default                    // since C++20: OK, same as [=]}

lambda表达式可以使用模板：

// generic lambda, operator() is a template with two parametersauto glambda = []<class T>(T a, auto&& b) { return a < b; }; // generic lambda, operator() is a template with one parameter packauto f = []<typename ...Ts>(Ts&& ...ts) { return foo(std::forward<Ts>(ts)...);};

consteval

consteval修饰的函数只会在编译期间执行，如果不能编译期间执行，则编译失败。

consteval int f() { return 42; }

constint

断言一个变量有静态初始化，即零初始化和常量初始化，否则程序是有问题的。

const char *g() { return 'dynamic initialization'; }constexpr const char *f(bool p) { return p ? 'constant initializer' : g(); } constinit const char *c = f(true); // OK// constinit const char *d = f(false); // error

删除了在很多上下文中需要使用typename来消除类型歧义的要求

template<typename IterT>void workWithIterator(IterT it){    typename std::iterator_traits<IterT>::value_type tmp(*it); // C++20前    std::iterator_traits<IterT>::value_type tmp(*it); // C++20}

结构体直接初始化：

T object {arg1, arg2, ... }; // C++11T object { .designator = arg1 , .designator { arg2 } ... }; // C++20

协程

协程具体是什么不做过多介绍，它最大的特点就是可以使用顺序代码的逻辑执行异步的任务，让我们写异步代码非常的方便。

如果一个函数的定义有以下任何一种情况，那么它就是协程：

1. 使用co_await操作符暂停执行，直到恢复

task<> tcp_echo_server() {  char data[1024];  for (;;) {    size_t n = co_await socket.async_read_some(buffer(data));    co_await async_write(socket, buffer(data, n));  }}

2. 使用关键字co_yield暂停执行，返回一个值

generator<int> iota(int n = 0) { while(true) co_yield n++;}

3. 使用关键字co_return完成执行，返回一个值

lazy<int> f() {  co_return 7;}

每个协程都必须有一个返回类型来满足以下的许多要求。

示例代码：

#include <coroutine>#include <iostream>#include <stdexcept>#include <thread> auto switch_to_new_thread(std::jthread& out) { struct awaitable { std::jthread* p_out; bool await_ready() { return false; } void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) { std::jthread& out = *p_out; if (out.joinable()) throw std::runtime_error('Output jthread parameter not empty'); out = std::jthread([h] { h.resume(); }); // Potential undefined behavior: accessing potentially destroyed *this // std::cout << 'New thread ID: ' << p_out->get_id() << '\n'; std::cout << 'New thread ID: ' << out.get_id() << '\n'; // this is OK } void await_resume() {} }; return awaitable{&out};} struct task{ struct promise_type { task get_return_object() { return {}; } std::suspend_never initial_suspend() { return {}; } std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; } void return_void() {} void unhandled_exception() {} };}; task resuming_on_new_thread(std::jthread& out) { std::cout << 'Coroutine started on thread: ' << std::this_thread::get_id() << '\n'; co_await switch_to_new_thread(out); // awaiter destroyed here std::cout << 'Coroutine resumed on thread: ' << std::this_thread::get_id() << '\n';} int main() { std::jthread out; resuming_on_new_thread(out);}

限制：

协程不能使用可变参数、普通返回语句或占位符返回类型(auto或Concept)。Constexpr函数、构造函数、析构函数和主函数不能是协程。

Modules：直接看代码

// helloworld.cppexport module helloworld;  // module declarationimport <iostream>;         // import declaration export void hello() {      // export declaration    std::cout << 'Hello world!\n';}

// main.cppimport helloworld; // import declaration int main() { hello();}

modules使用方式和include差不多，但modules使用比include头文件速度更快，C++全球开发者大会中，C++之父贴出来过测试数据，modules效率比include高了25倍。

using 可以引用enum

enum class Animal {  kCat,  kGog  };int main() {    Animal animal;    using enum Animal;    switch(animal) {        case kCat:            break;    }}

Constraints and concepts约束和概念

类模板、函数模板和非模板函数(通常是类模板的成员)可以与一个约束相关联，这个约束指定了对模板实参的要求，这些实参可用于选择最合适的函数重载和模板特化。

这些需求的命名被称为概念。每个概念都是一个谓词，在编译时计算，并成为模板接口的一部分，在那里它被用作约束：

#include <string>#include <cstddef>#include <concepts>

template<typename T>concept Hashable = requires(T a) { { std::hash<T>{}(a) } -> std::convertible_to<std::size_t>;}; struct meow {}; // Constrained C++20 function template:template<Hashable T>void f(T) {}

int main() { using std::operator''s; f('abc's); // OK, std::string satisfies Hashable //f(meow{}); // Error: meow does not satisfy Hashable}

缩写函数模板

void f1(auto); // same as template<class T> void f(T)void f2(C1 auto); // same as template<C1 T> void f2(T), if C1 is a conceptvoid f3(C2 auto...); // same as template<C2... Ts> void f3(Ts...), if C2 is a conceptvoid f4(const C3 auto*, C4 auto&); // same as template<C3 T, C4 U> void f4(const T*, U&);template <class T, C U>void g(T x, U y, C auto z); // same as template<class T, C U, C W> void g(T x, U y, W z);

新的library特性

std::format系列

std::format可用于替代printf，它的目的是补充现有的c++ I/O流库，并重用它的一些基础设施，如用户定义类型的重载插入操作符。

std::string message = std::format('The answer is {}.', 42);

增加日历和时区的支持

增加了std::atomic：让智能指针线程安全

source_location：可作为__LINE__ 、__func__这些宏的替代：

#include <iostream>#include <string_view>#include <source_location> void log(const std::string_view message,         const std::source_location& location = std::source_location::current()){    std::cout << 'info: '              << location.file_name() << '('              << location.line() << ':'              << location.column() << ') `'              << location.function_name() << '` '              << message << '\n';} int main(int, char*[]){    log('Hello world!');}

span：类模板span可以表示一个片段。

#include <algorithm>#include <cstddef>#include <iostream>#include <span> template<class T, std::size_t N> [[nodiscard]]constexpr auto slide(std::span<T,N> s, std::size_t offset, std::size_t width) { return s.subspan(offset, offset + width <= s.size() ? width : 0U);} template<class T, std::size_t N, std::size_t M> [[nodiscard]]constexpr bool starts_with(std::span<T,N> data, std::span<T,M> prefix) { return data.size() >= prefix.size() && std::equal(prefix.begin(), prefix.end(), data.begin());} template<class T, std::size_t N, std::size_t M> [[nodiscard]]constexpr bool ends_with(std::span<T,N> data, std::span<T,M> suffix) { return data.size() >= suffix.size() && std::equal(data.end() - suffix.size(), data.end(), suffix.end() - suffix.size());} template<class T, std::size_t N, std::size_t M> [[nodiscard]]constexpr bool contains(std::span<T,N> span, std::span<T,M> sub) { return std::search(span.begin(), span.end(), sub.begin(), sub.end()) != span.end();} void print(const auto& seq) { for (const auto& elem : seq) std::cout << elem << ' '; std::cout << '\n';} int main(){ constexpr int a[] { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 }; constexpr int b[] { 8, 7, 6 }; for (std::size_t offset{}; ; ++offset) { constexpr std::size_t width{6}; auto s = slide(std::span{a}, offset, width); if (s.empty()) break; print(s); } static_assert(starts_with(std::span{a}, std::span{a,4}) && starts_with(std::span{a+1, 4}, std::span{a+1,3}) && !starts_with(std::span{a}, std::span{b}) && !starts_with(std::span{a,8}, std::span{a+1,3}) && ends_with(std::span{a}, std::span{a+6,3}) && !ends_with(std::span{a}, std::span{a+6,2}) && contains(std::span{a}, std::span{a+1,4}) && !contains(std::span{a,8}, std::span{a,9}));}

endian：可获取当前平台是大端序还是小端序

#include <bit>#include <iostream> int main() {     if constexpr (std::endian::native == std::endian::big) {        std::cout << 'big-endian' << '\n';    }    else if constexpr (std::endian::native == std::endian::little) {        std::cout << 'little-endian'  << '\n';    }    else {        std::cout << 'mixed-endian'  << '\n';    } }

make_shared 支持构造数组

std::remove_cvref看名字就知道，去除CV，去除引用

#include <iostream>#include <type_traits> int main(){ std::cout << std::boolalpha << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<int>, int> << '\n' << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<int&>, int> << '\n' << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<int&&>, int> << '\n' << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<const int&>, int> << '\n' << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<const int[2]>, int[2]> << '\n' << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<const int(&)[2]>, int[2]> << '\n' << std::is_same_v<std::remove_cvref_t<int(int)>, int(int)> << '\n';}结果全是true

std::to_address：获得由p表示的地址，而不形成对p所指向的对象的引用。

线程同步：

barrier：屏障
latch：CountDownLatch
counting_semaphore：信号量

std::jthread：之前的std::thread在析构时如果没有join或者detach会crash，而jthread在析构时会自动join。jthread也可以取消线程：request_stop()。

C++20也引进了一些中断线程执行的相关类：

stop_token：查询线程是否中断
stop_source：请求线程停止运行
stop_callback：stop_token执行时，可以触发的回调函数

basic_osyncstream：它是对std::basic_syncbuf的再包装，直接使用std::cout多线程下可能出现数据交叉，osyncstream不会发生这种情况。

{    std::osyncstream synced_out(std::cout); // synchronized wrapper for std::cout    synced_out << 'Hello, ';    synced_out << 'World!';    synced_out << std::endl; // flush is noted, but not yet performed    synced_out << 'and more!\n';} // characters are transferred and std::cout is flushed

string的系列操作

string::starts_with
string::ends_with
string_view::starts_with
string::view::ends_with

#include <iostream>#include <string_view>#include <string> template <typename PrefixType>void test_prefix_print(const std::string& str, PrefixType prefix){ std::cout << '\'' << str << '' starts with '' << prefix << '': ' << str.starts_with(prefix) << '\n';} int main(){ std::boolalpha(std::cout); auto helloWorld = std::string('hello world'); test_prefix_print(helloWorld, std::string_view('hello')); test_prefix_print(helloWorld, std::string_view('goodbye')); test_prefix_print(helloWorld, 'h'); test_prefix_print(helloWorld, 'x');}

std::assume_aligned

template< std::size_t N, class T >[[nodiscard]] constexpr T* assume_aligned(T* ptr);

指定多少字节对齐，来进一步生成有效的代码。

void f(int* p) { int* p1 = std::assume_aligned<256>(p); // Use p1, not p, to ensure benefit from the alignment assumption. // However, the program has undefined behavior if p is not aligned // regardless of whether p1 is used.}

bind_front：和使用std::bind绑定第一个参数效果相同

std::ssize：signed size

#include <iostream>#include <vector>#include <iterator> int main() {    std::vector<int> v = { 3, 1, 4 };    std::cout << std::size(v) << '\n';      int a[] = { -5, 10, 15 };    std::cout << std::size(a) << '\n';     // since C++20 the signed size (ssize) can avail    auto i = std::ssize(v);    for (--i; i != -1; --i) {        std::cout << v[i] << ' ';    }    std::cout << '\n' 'i = ' << i << '\n';}

midpoint 函数计算中位数

lerp函数计算线性差值：

constexpr double lerp( double a, double b, double t) noexcept { return a + t * (b - a);}

Ranges库：ranges库提供了用于处理元素范围的组件，包括各种视图适配器。表示连续元素或者连续元素的片段。

#include <ranges>#include <iostream> int main(){    auto const ints = {0,1,2,3,4,5};    auto even = [](int i) { return 0 == i % 2; };    auto square = [](int i) { return i * i; };     // 'pipe' syntax of composing the views:    for (int i : ints | std::views::filter(even) | std::views::transform(square)) {        std::cout << i << ' ';    }     std::cout << '\n';     // a traditional 'functional' composing syntax:    for (int i : std::views::transform(std::views::filter(ints, even), square)) {        std::cout << i << ' ';    }}输出：0 4 160 4 16

std::is_bounded_array：检查数组是不是有界

std::is_unbounded_array

#include <iostream>#include <type_traits> class A {}; int main() { std::cout << std::boolalpha; std::cout << std::is_bounded_array_v<A> << '\n'; std::cout << std::is_bounded_array_v<A[]> << '\n'; std::cout << std::is_bounded_array_v<A[3]> << '\n'; std::cout << std::is_bounded_array_v<float> << '\n'; std::cout << std::is_bounded_array_v<int> << '\n'; std::cout << std::is_bounded_array_v<int[]> << '\n'; std::cout << std::is_bounded_array_v<int[3]> << '\n';}

在numbers头文件中定义了一些数学常量：