C++11：初级开发者入门指南

C++11，发布于2011年，是C++标准的第11次修订，旨在通过引入大量新特性提升语言的现代性、可读性和维护性，与C#、Java等现代语言相媲美。此版本通过增强基本语法、优化容器与算法，以及强化多线程支持和引入智能指针等机制，提供更高效、安全和简洁的编程方式，成为现代C++编程的基础。

C++11简介

C++11，也被称为C++14，是C++标准的第11次修订，发布于2011年。这次修订引入了大量新的特性，旨在提高C++的可读性、可维护性和编程效率。C++11的更新旨在解决C++98中存在的问题，同时提供与C#、Java等现代语言相匹敌的特性，如更简洁的语法、更好的内存管理和线程支持等。

基本语法更新

自动类型推断（decltype）

decltype关键字在C++11中引入，用于推断表达式的类型。这个特性允许更精确的类型推断，提高了代码的可读性和可维护性。

int a = 10;
decltype(a) b; // b的类型推断为int

nullptr关键字

在C++11中引入了nullptr关键字，用于表示空指针，替代了之前的NULL和0。nullptr比NULL或0更清晰地表达了空指针的概念。

int* p = nullptr;

改进的初始化语法

C++11引入了更简洁的初始化语法，包括自动类型的初始化、默认值初始化和空初始化等。

int x = 42; // 默认值初始化
int y = {}; // 模板类型默认初始化
int z = 0; // 显式初始化

新的容器和算法

std::array

std::array是一种动态数组，它提供了更好的内存管理和性能，相较于传统的C风格数组，它提供了更安全的边界检查和更简洁的API。

#include <array>
int main() {
    std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
    arr.at(2) = 10; // 直接访问元素
}

std::unordered_map和std::unordered_set

这两个容器基于哈希表，提供了高效的查找、插入和删除操作。它们在C++11中引入，以替代std::map和std::set，特别是在对性能要求较高的场景中。

#include <unordered_map>
int main() {
    std::unordered_map<std::string, int> mp;
    mp["apple"] = 2;
    mp["banana"] = 3;
    std::cout << mp["banana"] << std::endl;
}

范围基元

迭代器范围和for-each循环

C++11引入了迭代器范围，这使得处理容器中的元素变得更为简单和直观。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    for(int elem : vec) {
        std::cout << elem << std::endl;
    }
}

多线程支持

std::thread

在C++11中，std::thread库提供了创建、管理、控制和终止线程的接口，简化了多线程编程。

#include <thread>
#include <iostream>
int main() {
    std::thread myThread(myFunction);
    myThread.join();
    std::cout << "Main thread continues." << std::endl;
}

void myFunction() {
    std::cout << "This is a thread function." << std::endl;
}

std::mutex和std::condition_variable

这些类用于实现线程同步，确保在多线程环境下数据的正确性和一致性。

#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <iostream>
#include <thread>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
int counter = 0;
bool is_signaled = false;

void count() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    counter++;
    is_signaled = true;
    cv.notify_one();
}

void wait_and_count() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, [this] { return is_signaled; });
    std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(count);
    std::thread t2(wait_and_count);
    t1.join();
    t2.join();
}

智能指针

std::unique_ptr和std::shared_ptr

智能指针提供了自动内存管理机制，避免了手动管理内存可能导致的内存泄漏和内存溢出问题。

#include <memory>
int main() {
    std::unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    std::shared_ptr<int> ptr2(new int(20));
    auto ptr3 = ptr2; // 智能指针的赋值和拷贝
    std::cout << *ptr1 << std::endl;
    std::cout << *ptr2 << std::endl;
    std::cout << *ptr3 << std::endl;
}

案例分析

通过上述代码示例，我们可以看到C++11引入了许多增强特性和简化语法的特性。例如，std::array提供了更安全、更高效的数组操作；nullptr和自动类型推断使得代码更加清晰和健壮；范围基元简化了迭代器的使用，提高了代码的可读性；多线程支持使得并发编程更容易实现；智能指针解决了内存管理问题，避免了常见的内存泄露问题。这些特性的结合，使得C++11成为现代C++编程的基础，为开发者提供了强大的工具集，以编写高效、安全且易于维护的代码。