C++11学习指南：从基础到实践

C++11学习引领编程新时代，通过引入关键字和命名空间改进、简化初始化语法、常量表达式增强等关键特性，提升编程效率与安全性。文章深入探讨基础特性的应用，从迭代器和容器增强到控制流改进，展示模板与函数模板的灵活性，及多线程和并发优化，最后通过构建简单项目实践C++11新功能，为开发者提供从理论到实践的学习路径。

引入C++11：理解新特性和为何重要

C++从C++98版本发展至今，历经多次迭代，C++11是其中的一个重要里程碑。这一版本引入了多项新特性，旨在提升编程效率、增强类型安全性、简化代码结构以及提升编译器的性能。C++11的发布标志着C++语言向着更现代、更安全、更高效编程的转变，为C++开发者提供了一套更为强大的工具集。

关键改进点包括：

• 关键字和命名空间的改进：引入了新的关键字如[[deprecated]]用于标记弃用的代码，进一步规范了命名空间的使用，使得代码更加清晰易懂。
• 简化初始化语法：通过初始化列表，开发者可以直接在构造函数中提供参数，简化了对象的创建过程。
• 常量表达式和常量初始化：允许在编译时计算的表达式用于初始化常量，提高了代码的灵活性和性能。

基础特性的应用：关键字和命名空间改进

#include <iostream>

// 使用命名空间改进
namespace std {
    using ::cout;
    using ::endl;
}

int main() {
    cout << "Hello, C++11!" << endl;
    return 0;
}

迭代器和容器增强：C++11中的迭代器和新容器

迭代器改进

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    for (const auto num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用范围基元，简化迭代逻辑
    for (auto it = numbers.begin(); it != numbers.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

新容器

#include <iostream>
#include <array>
#include <optional>

int main() {
    // 使用array来替代vector进行固定大小的序列存储
    std::array<int, 3> numbers = {1, 2, 3};

    // 使用optional来处理可能不存在的值
    std::optional<int> value;

    std::cout << "Value: " << value.has_value() ? value.value() : -1 << std::endl;

    return 0;
}

控制流改进：模板和函数模板

#include <iostream>

// 使用模板编写计算平方的函数
template<typename T>
T square(T value) {
    return value * value;
}

int main() {
    std::cout << "Square of 7: " << square(7) << std::endl;
    std::cout << "Square of 10.5: " << square(10.5) << std::endl;

    return 0;
}

多线程和并发优化：并发容器和算法

并发容器

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <vector>

// 使用互斥锁和条件变量
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
int shared_data = 0;

void increment_data() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    shared_data++;
    cv.notify_one();
}

void wait_and_print() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return shared_data > 0; });
    std::cout << "Data is now: " << shared_data << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(increment_data);
    std::thread t2(wait_and_print);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

实践与案例：构建一个简单的C++11项目

假设我们要构建一个简单的计算器应用，使用C++11的新特性来实现功能。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

// 使用map来存储运算符和对应的函数
std::map<std::string, double (*)(double, double)> operations = {
    {"+", [](double a, double b) { return a + b; }},
    {"-", [](double a, double b) { return a - b; }},
    {"*", [](double a, double b) { return a * b; }},
    {"/", [](double a, double, b) { return a / b; }}
};

double perform_operation(const std::string& op, double a, double b) {
    if (operations.find(op) == operations.end()) {
        throw std::invalid_argument("Invalid operation");
    }
    auto func = operations[op];
    return (func)(a, b);
}

int main() {
    double num1, num2;
    std::string operation;

    std::cout << "Enter first number: ";
    std::cin >> num1;

    std::cout << "Enter operation (+, -, *, /): ";
    std::cin >> operation;

    std::cout << "Enter second number: ";
    std::cin >> num2;

    try {
        double result = perform_operation(operation, num1, num2);
        std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

这个简单的计算器应用展示了如何使用C++11的新特性，如std::map用于存储运算符和对应的函数，以及auto关键字来进行类型推断。通过这段代码，我们可以更好地理解如何在实践中应用C++11的特性。