Modern C 有哪些能真正提升開發(fā)效率的語法糖？

我們說的 Modern C ，一般指的是 C 11 及以后的標(biāo)準(zhǔn)，從 C 11 開始，Modern C 引入了大量的實(shí)用的特性，主要是兩大方面，學(xué)習(xí)的時(shí)候也可以從這兩大方面學(xué)習(xí)：

1. 增強(qiáng)或者改善的語法特性；

2. 新增的或者改善的 STL 庫(kù)。

我們來看幾個(gè)具體的案例：

案例 1：統(tǒng)一的類成員初始化語法與 std::initializer_list：

在 C 98/03 中，假設(shè)我們要初始化一個(gè)類數(shù)組類型的成員（例如常用的清零操作），我們需要這么寫：

class?A
?{
?public:
?????A()
?????{
?????????//初始化arr
?????????arr[0]?=?0;
?????????arr[1]?=?0;
?????????arr[2]?=?0;
?????????arr[3]?=?0;
?????}
?
?public:
?????int?arr[4];
?};

假設(shè)數(shù)組 arr 較長(zhǎng)，我們可以使用循環(huán)或者借助 memset 函數(shù)去初始化，代碼如下：

??class?A
?{
?public:
?????A()
?????{
?????????//使用循環(huán)初始化arr
?????????for?(int?i?=?0;?i??????????????arr[i]?=?0;
?????}
?
?public:
?????int?arr[4];
?};
?
?class?A
?{
?public:
?????A()
?????{
?????????//使用memset初始化arr
?????????memset(arr,?0,?sizeof(arr));
?????}
?
?public:
?????int?arr[4];
?};
但是，我們知道，在 C 98/08 中我們可以直接通過賦值操作來初始化一個(gè)數(shù)組的：

?int?arr[4]?=?{?0?};
但是對(duì)于作為類的成員變量的數(shù)組元素，C 98/03 是不允許我們這么做的。到 C 11 中全部放開并統(tǒng)一了，在 C 11 中我們也可以使用這樣的語法是初始化數(shù)組：

?class?A
?{
?public:
?????//在?C 11中可以使用大括號(hào)語法初始化數(shù)組類型的成員變量
?????A()?:?arr{0}
?????{
?????}
?
?public:
?????int?arr[4];
?};
如果你有興趣，我們可以更進(jìn)一步：在 C 98/03 標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)類的成員必須使用 static const 修飾，而且類型必須是整型 （包括 bool、 char、 int、 long 等），這樣才能使用這種初始化語法：

?//C 98/03?在類定義處初始化成員變量
?class?A
?{
?public:
?????//T?的類型必須是整型，且必須使用?static?const?修飾
?????static?const?T?t?=?某個(gè)整型值;
?};
在 C 11 標(biāo)準(zhǔn)中就沒有這種限制了，我們可以使用花括號(hào)（即{}）對(duì)任意類型的變 量進(jìn)行初始化，而且不用是 static 類型：

?//C ?11?在類定義處初始化成員變量
?class?A
?{
?public:
?????//有沒有一種Java初始化類成員變量的即視感^?_?^
?????bool?ma{true};
?????int?mb{2019};
?????std::string?mc{"helloworld"};
?};
當(dāng)然，在實(shí)際開發(fā)中，建議還是將這些成員變量的初始化統(tǒng)一寫到構(gòu)造函數(shù)的初始化列表中，方便閱讀和維護(hù)代碼。

案例 2：注解標(biāo)簽

C 14 引入了?[[deprecated]]?標(biāo)簽來表示一個(gè)函數(shù)或者類型等已被棄用，在使用這些被棄用的函數(shù)或者類型并編譯時(shí)， 編譯器會(huì)給出相應(yīng)的警告， 有的編譯器直接生成編譯錯(cuò)誤：

?[[deprecated]]?void?funcX();
這個(gè)標(biāo)簽在實(shí)際開發(fā)中非常有用，尤其在設(shè)計(jì)一些庫(kù)代碼時(shí)，如果庫(kù)作者希望某個(gè)函數(shù)或者類型不想再被用戶使用，則可以使用該標(biāo)注標(biāo)記。當(dāng)然，我們也可以使用如下語法給出編譯時(shí)的具體警告或者出錯(cuò)信息：

?[[deprecated("use?funY?instead")]]?void?funcX();
有如下代碼：

?#include?
?[[deprecated("use?funcY?instead")]]?void?funcX()
?{
?????//實(shí)現(xiàn)省略
?}
?
?int?main()
?{
?????funcX();
?????return?0;
?}
若在 main 函數(shù)中調(diào)用被標(biāo)記為 deprecated 的函數(shù) funcX，則在 gcc/g 7.3 中編譯時(shí)會(huì)得到如下警告信息：

?[root@myaliyun?testmybook]#?g ?-g?-o?test_attributes?test_attributes.cpp
?test_attributes.cpp:?In?function?‘int?main()’:
?test_attributes.cpp:10:11:?warning:?‘void?funcX()’?is?deprecated:?use?funcY?instead
?[-Wdeprecated-declarations]
?funcX();
?^
?test_attributes.cpp:3:42:?note:?declared?here
?[[deprecated("use?funcY?instead")]]?void?funcX()


Java 開發(fā)者對(duì)這個(gè)標(biāo)注應(yīng)該再熟悉不過了。在 Java 中使用@Deprecated 標(biāo)注可以達(dá)到同樣的效果，這大概是 C 標(biāo)準(zhǔn)委員“拖欠”廣大 C 開發(fā)者太久的一個(gè)特性吧。

C 17 提供了三個(gè)實(shí)用注解：?[[fallthrough]]、?[[nodiscard]]?和?[[maybe_unused]]，這里 逐一介紹它們的用法。[[fallthrough]]?用于 switch-case 語句中，在某個(gè) case 分支執(zhí)行完畢后如果沒有 break 語句，則編譯器可能會(huì)給出一條警告。但有時(shí)這可能是開發(fā)者有意為之的。為了讓編譯器明確知道開發(fā)者的意圖，可以在需要某個(gè) case 分支被“貫穿”的地方（上一個(gè) case 沒有break 語句）顯式設(shè)置 [[fallthrough]] 標(biāo)記。代碼示例如下：

?switch?(type)
?{
?case?1:
?????func1();
?????//這個(gè)位置缺少?break?語句，且沒有?fallthrough?標(biāo)注，
?????//可能是一個(gè)邏輯錯(cuò)誤，在編譯時(shí)編譯器可能會(huì)給出警告，以提醒修改
?
?case?2:
?????func2();
?????//這里也缺少?break?語句，但是使用了?fallthrough?標(biāo)注，
?????//說明是開發(fā)者有意為之的，編譯器不會(huì)給出任何警告
?????[[fallthrough]];
?
?case?3:
?????func3();
?}


注意：在 gcc/g 中， [[fallthrough]] 后面的分號(hào)不是必需的，在 Visual Studio 中必須加上分號(hào)，否則無法編譯通過。

熟悉 Golang 的讀者，可能對(duì) fallthrough 這一語法特性非常熟悉， Golang 中在 switch-case 后加上 fallthrough，是一個(gè)常用的告訴編譯器意圖的語法規(guī)則。代碼示例如下：

?//以下是?Golang?語法
?s?:=?"abcd"
?switch?s[3]?{
?????case?'a':
?????????fmt.Println("The?integer?was?<=?4")
?????????fallthrough
?
?????case?'b':
?????????fmt.Println("The?integer?was?<=?5")
?????????fallthrough
?
?????case?'c':
?????????fmt.Println("The?integer?was?<=?6")
?
?????default:
?????????fmt.Println("default?case")
?}
[[nodiscard]]?一般用于修飾函數(shù)，告訴函數(shù)調(diào)用者必須關(guān)注該函數(shù)的返回值（即不能丟棄該函數(shù)的返回值）。如果函數(shù)調(diào)用者未將該函數(shù)的返回值賦值給一個(gè)變量，則編譯器會(huì)給出一個(gè)警告。例如，假設(shè)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接函數(shù) connect，我們通過返回值明確說明了連接是否建立成功，則為了防止調(diào)用者在使用時(shí)直接將該值丟棄，我們可以將該函數(shù)使用?[[nodiscard]]?標(biāo)記：

?[[nodiscard]]?int?connect(const?char*?address,?short?port)
?{
?????//實(shí)現(xiàn)省略
?}
?
?int?main()
?{
?????//忽略了connect函數(shù)的返回值，編譯器會(huì)給出一個(gè)警告
?????connect("127.0.0.1",?8888);
?????return?0;
?}

在 C 20 中，對(duì)于諸如 operator new()、 std::allocate()等庫(kù)函數(shù)均使用了 [[nodiscard]] 進(jìn)行標(biāo)記，以強(qiáng)調(diào)必須使用這些函數(shù)的返回值。再來看另外一個(gè)標(biāo)記。在通常情況下，編譯器會(huì)對(duì)程序代碼中未使用的函數(shù)或變量給出警告，另一些編譯器干脆不允許通過編譯。在 C 17 之前，程序員為了消除這些未使用的變量帶來的編譯警告或者錯(cuò)誤，要么修改編譯器的警告選項(xiàng)設(shè)置，要么定義一個(gè)類似于 UNREFERENCED_PARAMETER 的宏來顯式調(diào)用這些未使用的變量一次，以消除編譯警告或錯(cuò)誤：

?#define?UNREFERENCED_PARAMETER(x)?x
?
?int?APIENTRY?wWinMain(HINSTANCE?hInstance,?HINSTANCE?hPrevInstance,?LPWSTR?lpCmdLine,?int?nCmdShow)
?{
?????//C 17之前為了消除編譯器對(duì)未使用的變量hPrevInstance、lpCmdLine給出的警告，我們可以這么做
?????UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
?????UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);
?????//無關(guān)代碼省略
?}

以上代碼節(jié)選自一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) Win32 程序的結(jié)構(gòu)，其中的函數(shù)參數(shù) hPrevInstance 和 lpCmdLine 一般不會(huì)被用到，編譯器會(huì)給出警告。為了消除這類警告，這里定義了一個(gè)宏 UNREFERENCED_PARAMETER 并進(jìn)行調(diào)用，造成這兩個(gè)參數(shù)被使用的假象。C 17 有了 [[maybe_unused]] 注解之后，我們就再也不需要這類宏來“欺騙”編譯器了。以上代碼使用該注解后可以修改如下：

?int?APIENTRY?wWinMain(HINSTANCE?hInstance,
???????????????????????[[maybe_unused]]?HINSTANCE?hPrevInstance,
???????????????????????[[maybe_unused]]?LPWSTR?lpCmdLine,
???????????????????????int?nCmdShow)
?{
?????//無關(guān)代碼省略
?}



案例 3：final、 override 關(guān)鍵字和 =default、 =delete 語法

3.1 final 關(guān)鍵字

在 C 11 之前，我們沒有特別好的方法阻止一個(gè)類被其他類繼承，到了 C 11 有了 final 關(guān)鍵字我們就可以做到了。final 關(guān)鍵字修飾一個(gè)類，這個(gè)類將不允許被繼承，這在其他語言（如 Java）中早就實(shí)現(xiàn)了。在 C 11 中， final 關(guān)鍵字要寫在類名的后面，這在其他語言中是寫在 class 關(guān)鍵字前面的。示例如下：

?class?A?final
?{
?};
?
?class?B?:?A
?{
?};
由于類 A 被聲明成 final， B 繼承 A， 所以編譯器會(huì)報(bào)如下錯(cuò)誤提示類 A 不能被繼承：

?error?C3246:?'B'?:?cannot?inherit?from?'A'?as?it?has?been?declared?as?'final'


3.2 override 關(guān)鍵字

C 98/03 語法規(guī)定，在父類中加了 virtual 關(guān)鍵字的方法可以被子類重寫，子類重寫該方法時(shí)可以加或不加 virtual 關(guān)鍵字，例如下面這樣：

?class?A
?{
?protected:
?????virtual?void?func(int?a,?int?b)
?????{
?????}
?};
?
?class?B?:?A
?{
?protected:
?????virtual?void?func(int?a,?int?b)
?????{
?????}
?};
?
?class?C?:?B
?{
?protected:
?????void?func(int?a,?int?b)
?????{
?????}
?};
這種寬松的規(guī)定可能會(huì)帶來以下兩個(gè)問題。

• 當(dāng)我們閱讀代碼時(shí)，無論子類重寫的方法是否添加了 virtual 關(guān)鍵字，我們都無法 直觀地確定該方法是否是重寫的父類方法。

• 如果我們?cè)谧宇愔胁恍⌒膶戝e(cuò)了需要重寫的方法的函數(shù)簽名（可能是參數(shù)類型、 個(gè)數(shù)或返回值類型），這個(gè)方法就會(huì)變成一個(gè)獨(dú)立的方法，這可能會(huì)違背我們重寫 父類某個(gè)方法的初衷，而編譯器在編譯時(shí)并不會(huì)檢查到這個(gè)錯(cuò)誤。

為了解決以上兩個(gè)問題， C 11 引進(jìn)了 override 關(guān)鍵字，其實(shí) override 關(guān)鍵字并不是新語法，在 Java 等其他編程語言中早就支持。類方法被 override 關(guān)鍵字修飾，表明該方法重寫了父類的同名方法，加了該關(guān)鍵字后，編譯器會(huì)在編譯階段做相應(yīng)的檢查，如果其父類不存在相同簽名格式的類方法，編譯器就會(huì)給出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示。情形一，父類不存在，子類標(biāo)記了 override 的方法：

?class?A
?{
?};
?
?class?B?:?A
?{
?protected:
?????void?func(int?k,?int?d)?override
?????{
?????}
?};
由于在父類 A 中沒有 func 方法，所以編譯器會(huì)提示錯(cuò)誤：

?error?C3668:?'B::func'?:?method?with?override?specifier?'override'?did?not?override
?any?base?class?methods
情形二，父類存在，子類標(biāo)記了 override 的方法，但函數(shù)簽名不一致：

?class?A
?{
?protected:
?????virtual?int?func(int?k,?int?d)
?????{
?????????return?0;
?????}
?};
?
?class?B?:?A
?{
?protected:
?????virtual?void?func(int?k,?int?d)?override
?????{
?????}
?};
上述代碼編譯器會(huì)報(bào)同樣的錯(cuò)誤。正確的代碼如下：

?class?A
?{
?protected:
?????virtual?void?func(int?k,?int?d)
?????{
?????}
?};
?
?class?B?:?A
?{
?protected:
?????virtual?void?func(int?k,?int?d)?override
?????{
?????}
?};


3.3 default 語法

如果一個(gè) C 類沒有顯式給出構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、 operator= 這幾類函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，則在需要它們時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)生成；或者，在給出這些函數(shù)的聲明時(shí)，如果沒有給出其實(shí)現(xiàn)，則編譯器在鏈接時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。如果使用=default 標(biāo)記這類函數(shù)，則編譯器會(huì)給出默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。來看一個(gè)例子：

?class?A
?{
?};
?
?int?main()
?{
?????A?a;
?????return?0;
?}
這樣的代碼是可以編譯通過的，因?yàn)榫幾g器默認(rèn)生成 A 的一個(gè)無參構(gòu)造函數(shù)，假設(shè)我們現(xiàn)在向 A 提供一個(gè)有參構(gòu)造函數(shù)：

?class?A
?{
?public:
?????A(int?i)
?????{
?????}
?};
?
?int?main()
?{
?????A?a;
?????return?0;
?}
這時(shí)，編譯器就不會(huì)自動(dòng)生成默認(rèn)的無參構(gòu)造函數(shù)了，這段代碼會(huì)編譯出錯(cuò)，提示 A 沒有合適的無參構(gòu)造函數(shù)：

?error?C2512:?'A'?:?no?appropriate?default?constructor?available
我們這時(shí)可以手動(dòng)為 A 加上無參構(gòu)造函數(shù)， 也可以使用=default 語法強(qiáng)行讓編譯器自己生成：

class?A
?{
?public:
?????A()?=?default;
?????A(int?i)
?????{
?????}
?};
?
?int?main()
?{
?????A?a;
?????return?0;
?}
=default 最大的作用可能是在開發(fā)中簡(jiǎn)化了構(gòu)造函數(shù)中沒有實(shí)際初始化代碼的寫法，尤其是聲明和實(shí)現(xiàn)分別屬于.h 和.cpp 文件。例如，對(duì)于類 A，其頭文件為 a.h，其實(shí)現(xiàn)文件為 a.cpp，則正常情況下我們需要在 a.cpp 文件中寫其構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)（可能沒有實(shí)際的構(gòu)造和析構(gòu)邏輯）：

//a.h
?class?A
?{
?public:
?????A();
?????~A();
?};
?
?//a.cpp
?#include?"a.h"
?
?A::A()
?{
?}
?
?A::~A()
?{
?}
可以發(fā)現(xiàn)，即使在 A 的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中什么邏輯也沒有，我們還是不得不在 a.cpp 中寫上構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。有了=default 關(guān)鍵字，我們就可以在 a.h 中直接寫成：

??//a.h
?class?A
?{
?public:
?????A()?=?default;
?????~A()?=?default;
?};
?
?//a.cpp
?#include?"a.h"
?//在?cpp?文件中就不用再寫?A?的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)了


3.4 =delete 語法

既然有強(qiáng)制讓編譯器生成構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、 operator=的語法，那么也應(yīng)該有禁止編譯器生成這些函數(shù)的語法，沒錯(cuò)，就是 =delete。在 C 98/03 規(guī)范中， 如果我們想讓一個(gè)類不能被拷貝（即不能調(diào)用其拷貝構(gòu)造函數(shù)），則可以將其拷貝構(gòu)造函數(shù)和 operator=函數(shù)定義成 private 的：

class?A
?{
?public:
?????A()?=?default;
?????~A()?=?default;
?
?private:
?????A(const?A