C++20新特性解析

C++之父都说过，C++20是C++语言的一次重大变革，引入了大量的新特性。

这其中个人认为最重要新特性是这三个：

• Modules

• Coroutines

• Concepts

Modules

直接看代码：

// helloworld.cpp
export module helloworld;  // module declaration
import ;         // import declaration
export void hello() {      // export declaration
    std::cout << "Hello world!
";
}

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

每个C++开发者应该都知道include方式是将header中的代码拷贝一份到源文件中，在大的工程项目中还有很多冗余的include，种种原因，导致编译速度相当的慢，而modules却大大改善了这种问题。

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。

以后modules肯定会是主流使用方式。

Coroutines

协程是一种比线程和进程更高效的多任务处理模型。

在C++20中，终于把协程引了进来，协程具体还分为有栈协程和无栈协程，两者对比，无栈协程是更高效的协程。

而C++20支持的就是无栈协程，为此提供了三个关键字：

• co_await：暂停执行，直到恢复

• co_yield：暂停执行，返回一个值

• co_return：完成执行，返回一个值

这是一段cppreference上，协程相关的示例代码：

#include #include #include #include 
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() << '
';
      std::cout << "New thread ID: " << out.get_id() << '
'; // 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::get_id() << '
';
  co_await switch_to_new_thread(out);
  // awaiter destroyed here
  std::cout << "Coroutine resumed on thread: " << std::get_id() << '
';
}


int main() {
  std::jthread out;
  resuming_on_new_thread(out);
}

目前C++20只是从语法层面对协程做了支持，还没有相关的协程库，要想使用协程，还需要引入协程库，但不可否认，C++20已经支持了协程，以后在这方面肯定会越来越完善。

前一段时间参加的C++全球开发者大会，C++之父也说过会全力在C++23标准中引入对协程库的支持。

Concepts

Concepts在模板编程中起到重大的作用， 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。

很多人应该都知道SFINAE，在C++20前多数都在使用std::enable_if，这相当的麻烦，代码可读性也不高，编译器报错信息也不是很友好，而有了Concepts就方便的多， 每个Concepts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 #include #include 
template<typename T>
concept Hashable = requires(T a) {
    { std::hash{}(a) } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};
struct meow {};
// Constrained C++20 function template:
template
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
}

其实C++20还有一些特性我比较喜欢，比如std::jthread，真真切切的解决了std::thread存在的旧有问题。

还有fmt，因为cout方式输出复杂的格式很麻烦：比如我想输出a + b = c：

std::cout << a << " + " << b << " = " << c << std::endl;

是不是很麻烦，那可以使用printf？

printf("%d + %d = %d 
", a, b, c);

但printf需要开发者填入变量格式，如果填写有误，有可能打印错误，也有可能crash：

• 某个long long 型，使用%d打印会怎么样？

• 某个int32_t型，使用%lld打印会怎么样？

• 某个const char* 型，使用%d打印会怎么样？

• 某个float型，使用%d打印会怎么样？

所以使用printf会给开发者带来负担，一定要在打印前确认变量的类型，并且一定要保证配置的输出格式正确，我想大多数人可能都会在print某个变量前搜索过打印某个类型需要使用哪种格式吧？

那用啥呢？cout配合format。

std::cout << std::format("{} + {} = {} 
", a, b, c);

C++20其实还有很多有意思的新特性，而这些特性在这本书中都有详细的介绍，大家感兴趣可以看看。