小彭老师现代 C++ 大典

小彭大典是一本关于现代 C++ 编程的权威指南,它涵盖了从基础知识到高级技巧的内容,适合初学者和有经验的程序员阅读。本书由小彭老师亲自编写,通过简单易懂的语言和丰富的示例,帮助读者快速掌握 C++ 的核心概念,并学会如何运用它们来解决实际问题。

敢承诺:土木老哥也能看懂!

前言

推荐用手机或平板竖屏观看,可以在床或沙发上躺着。

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请坐和放宽。

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更新时间:2024年11月14日 18:11:41 (UTC+08:00)

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格式约定

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用这种颜色书写的是补充说明的课外阅读,看不懂也没关系

用这种颜色字体书写的是初学者可暂时不用理解的细节

  • 术语名称: 这里是术语的定义。

观前须知

与大多数现有教材不同的是,本课程将会采用“倒叙”的形式,从最新的 C++23 讲起!然后讲 C++20、C++17、C++14、C++11,慢慢讲到最原始的 C++98。

不用担心,越是现代的 C++,学起来反而更容易!反而古代 C++ 才又臭又长

很多同学想当然地误以为 C++98 最简单,哼哧哼哧费老大劲从 C++98 开始学,才是错误的。

为了应付缺胳膊少腿的 C++98,人们发明了各种繁琐无谓的写法,在现代 C++ 中,早就已经被更简洁直观的写法替代了。

例如所谓的 safe-bool idiom,写起来又臭又长,C++11 引入一个 explicit 关键字直接就秒了。结果还有一批劳保教材大吹特吹 safe-bool idiom,吹得好像是个什么高大上的设计模式一样,不过是个应付 C++98 语言缺陷的蹩脚玩意。

就好比一个老外想要学习汉语,他首先肯定是从现代汉语学起!而不是上来就教他文言文

即使这个老外的职业就是“考古”,或者他对“古代文学”感兴趣,也不可能自学文言文的同时完全跳过现代汉语。

当我们学习中文时,你肯定希望先学现代汉语,再学文言文,再学甲骨文,再学 brainf**k,而不是反过来。

对于 C++ 初学者也是如此:我们首先学会简单明了的,符合现代人思维的 C++23,再逐渐回到专为伺候“古代开发环境”的 C++98。

你的生产环境可能不允许用上 C++20 甚至 C++23 的新标准。

别担心,小彭老师教会你 C++23 的正常写法后,会讲解如何在 C++14、C++98 中写出同样的效果。

这样你学习的时候思路清晰,不用被繁琐的 C++98 “奇技淫巧”干扰,学起来事半功倍;但也“吃过见过”,知道古代 C++98 的应对策略。

目前企业里主流使用的是 C++14 和 C++17。例如谷歌就明确规定要求 C++17。

举个例子

接下来的例子你可能看不懂,但只需要记住这个例子是向你说明:越是新的 C++ 标准,反而越容易学!

例如,在模板元编程中,要检测一个类型 T 是否拥有 foo() 这一成员函数。如果存在,才会调用。

在 C++20 中,可以使用很方便的 requires 语法,轻松检测一个表达式是否能合法通过编译。如果能,requires 语句会返回 true。然后用一个 if constexpr 进行编译期分支判断,即可实现检测到存在则调用。

template <class T>
void try_call_foo(T &t) {
    if constexpr (requires { t.foo(); }) {
        t.foo();
    }
}

但仅仅是回到 C++17,没有 requires 语法,我们只能自己定义一个 trait 类,并运用烦人的 SFINAE 小技巧,检测表达式是否的合法,又臭又长。

template <class T, class = void>
struct has_foo {
    static constexpr bool value = false;
};

template <class T>
struct has_foo<T, std::void_t<decltype(std::declval<T>().foo())>> {
    static constexpr bool value = true;
};

template <class T>
void try_call_foo(T &t) {
    if constexpr (has_foo<T>::value) {
        t.foo();
    }
}

如果回到 C++14,情况就更糟糕了!if constexpr 是 C++17 的特性,没有他,要实现编译期分支,我们就得用 enable_if_t 的 SFINAE 小技巧,需要定义两个 try_call_foo 函数,互相重载,才能实现同样的效果。

template <class T, class = void>
struct has_foo {
    static constexpr bool value = false;
};

template <class T>
struct has_foo<T, std::void_t<decltype(std::declval<T>().foo())>> {
    static constexpr bool value = true;
};

template <class T, std::enable_if_t<has_foo<T>::value, int> = 0>
void try_call_foo(T &t) {
    t.foo();
}

template <class T, std::enable_if_t<!has_foo<T>::value, int> = 0>
void try_call_foo(T &) {
}

如果回到 C++11,情况进一步恶化!enable_if_t 这个方便的小助手已经不存在,需要使用比他更底层的 enable_if 模板类,手动取出 ::type,并且需要 typename 修饰,才能编译通过!并且 void_t 也不能用了,要用逗号表达式小技巧才能让 decltype 固定返回 void……

template <class T, class = void>
struct has_foo {
    static constexpr bool value = false;
};

template <class T>
struct has_foo<T, decltype(std::declval<T>().foo(), (void)0)> {
    static constexpr bool value = true;
};

template <class T, typename std::enable_if<has_foo<T>::value, int>::type = 0>
void try_call_foo(T &t) {
    t.foo();
}

template <class T, typename std::enable_if<!has_foo<T>::value, int>::type = 0>
void try_call_foo(T &) {
}

如果回到 C++98,那又要罪加一等!enable_ifdeclval 是 C++11 引入的 <type_traits> 头文件的帮手类和帮手函数,在 C++98 中,我们需要自己实现 enable_if…… declval 也是 C++11 引入的 <utility> 头文件中的帮手函数……假设你自己好不容易实现出来了 enable_ifdeclval,还没完:因为 constexpr 在 C++98 中也不存在了!你无法定义 value 成员变量为编译期常量,我们只好又用一个抽象的枚举小技巧来实现定义类成员常量的效果。

template <class T, class = void>
struct has_foo {
    enum { value = 0 };
};

template <class T>
struct has_foo<T, decltype(my_declval<T>().foo(), (void)0)> {
    enum { value = 1 };
};

template <class T, typename my_enable_if<has_foo<T>::value, int>::type = 0>
void try_call_foo(T &t) {
    t.foo();
}

template <class T, typename my_enable_if<!has_foo<T>::value, int>::type = 0>
void try_call_foo(T &) {
}

如此冗长难懂的抽象 C++98 代码,仿佛是“加密”过的代码一样,仅仅是为了实现检测是否存在成员函数 foo……

如果回到 C 语言,那么你甚至都不用检测了。因为伟大的 C 语言连成员函数都没有,何谈“检测成员函数是否存在”?

反观 C++20 的写法,一眼就看明白代码的逻辑是什么,表达你该表达的,而不是迷失于伺候各种语言缺陷,干扰我们学习。

void try_call_foo(auto &t) {
    if constexpr (requires { t.foo(); }) {
        t.foo();
    }
}

// 从残废的 C++98 学起,你的思维就被这些无谓的“奇技淫巧”扭曲了,而使得真正应该表达的代码逻辑,淹没在又臭又长的古代技巧中。 // 从现代的 C++23 学起,先知道正常的写法“理应”是什么样。工作中用不上 C++23?我会向你介绍,如果要倒退回 C++14,古代人都是用什么“奇技淫巧”实现同样的效果。 // 这样你最后同样可以适应公司要求的 C++14 环境。但是从 C++23 学起,你的思维又不会被应付古代语言缺陷的“奇技淫巧”扰乱,学起来就事半功倍。

既然现代 C++ 这么好,为什么学校不从现代 C++ 教起,教起来还轻松?因为劳保老师保,懒得接触新知识,认为“祖宗之法不可变”,“版号稳定压倒一切”。