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【C++】C++11 新特性详解（下）

news 2025/10/12 6:17:44

文章目录

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一、类的新功能
- 1. 默认的移动构造和移动赋值
- 2. default 和 delete
二、lambda
- 1. lambda 表达式语法
- 2. 捕捉列表
- 3. lambda 的应用
- 4. lambda 的原理
三、包装器
- 1. function
- 2. function + lambda 的简单应用
- 3. bind
- 4. bind + lambda 的简单应用

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【C++】C++11 新特性详解（上）

一、类的新功能

1. 默认的移动构造和移动赋值

C++11 之前的类中，有 6 个默认成员函数：构造函数、析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值重载、取地址重载和 const 取地址重载，最重要的是前 4 个，后两个用处不大，默认成员函数就是我们自己不显式写编译器会生成一个默认的。C++11 新增了两个默认成员函数：移动构造函数和移动赋值运算符重载。

如果自己没有实现移动构造函数，且析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载、移动赋值重载也都没有实现，那么编译器会自动生成一个默认的移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝。对于自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。

如果自己没有实现移动赋值重载函数，且析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载、移动构造也都没有实现，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动赋值函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝。对于自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。(默认移动赋值跟上面移动构造完全类似)

反之编译器则不会自动提供移动构造和移动赋值。

2. default 和 delete

C++11 可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用 default 关键字显式指定移动构造生成。

如果能想要限制某些默认函数的生成，在 C++98 中，可以只生明该函数且设置成 private，这样只要其他人想要调用就会报错。而在 C++11 中更简单，只需在该函数声明加上 = delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称 = delete 修饰的函数为删除函数。

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二、lambda

1. lambda 表达式语法

lambda 表达式本质是一个匿名函数对象，跟普通函数不同的是它可以定义在函数内部。

lambda 表达式语法使用层而言没有类型，所以我们一般是用 auto 或者模板参数定义的对象去接收 lambda 对象。

lambda 表达式的格式如下：

[capture-list] (parameters)-> return type {  function boby; };

[capture-list]：捕捉列表，该列表总是出现在 lambda 函数的开始位置，编译器根据 [] 来判断接下来的代码是否为 lambda 函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供 lambda 函数使用，捕捉列表可以传值捕捉和传引用捕捉，下面的演示中暂时将捕捉列表设置为空，关于它的详细介绍会在后面提到。注意捕捉列表为空时 [] 不能省略。

(parameters)：参数列表，与普通函数的参数列表功能类似。如果不需要参数传递，则可以连同 () 一起省略。

->return type：返回值类型，用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。一般返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导，不过还是建议显式写出来。

{function boby}：函数体，函数体内的实现跟普通函数完全类似，在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量，函数体为空也不能省略。

#include<iostream>using namespace std;int main()
{// 一个简单的 lambda 表达式 auto add1 = [](int x, int y)->int { return x + y; };cout << add1(1, 2) << endl;// 1、捕捉为空也不能省略 // 2、参数为空可以省略 // 3、返回值可以省略，可以通过返回对象自动推导 // 4、函数体不能省略 auto func1 = []{cout << "hello world" << endl;return 0;};func1();int a = 0, b = 1;auto swap1 = [](int& x, int& y){int tmp = x;x = y;y = tmp;};swap1(a, b);cout << a << ":" << b << endl;return 0;
}

输出

3
hello world
1:0

2. 捕捉列表

lambda 表达式中默认只能用 lambda 函数体和参数中的变量，如果想用外层作用域中的变量就需要进行捕捉。

第一种捕捉方式是在捕捉列表中显式地传值捕捉和传引用捕捉，捕捉的多个变量用逗号分割。如 [x， y，&z] 表示对 x 和 y 值捕捉，对 z 引用捕捉。此时在函数体内可使用 x、y 和 z。
第二种捕捉方式是在捕捉列表中隐式捕捉，我们在捕捉列表写一个 = 表示隐式值捕捉，在捕捉列表写一个 & 表示隐式引用捕捉，这样我们 lambda 表达式中用了哪些变量，编译器就会自动捕捉哪些变量。
第三种捕捉方式是在捕捉列表中混合使用隐式捕捉和显式捕捉。如 [=, &x] 表示其他变量隐式值捕捉，对 x 引用捕捉；[&,x,y] 表示其他变量引用捕捉，对 x 和 y 值捕捉。当使用混合捕捉时，第一个元素必须是 & 或 =，并且 & 混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是值捕捉。同理 = 混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是引用捕捉。

lambda 表达式如果在函数局部域中，可以捕捉 lambda 位置之前定义的变量，不能捕捉静态局部变量和全局变量，静态局部变量和全局变量也不需要捕捉，lambda 表达式中可以直接使用。这也意味着 lambda 表达式如果定义在全局位置，捕捉列表必须为空。

默认情况下， lambda 捕捉列表是被 const 修饰的，也就是说传值捕捉的过来的对象不能修改，如果想要修改，那么可以用 mutable 加在参数列表的后面取消其常量性，也就说使用该修饰符后，传值捕捉的对象就可以修改了，但是修改还是形参对象，不会影响实参。使用该修饰符后，参数列表不可省略 (即使参数为空)。

int x = 0;
// 捕捉列表必须为空，因为全局变量不用捕捉就可以用，没有可被捕捉的变量 
auto func1 = [] { x++; return x; };  // x 可以修改int main()
{cout << func1() << endl;  // 1// 只能用当前 lambda 局部域和捕捉的对象和全局对象 int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3;auto func1 = [a, &b]{// 值捕捉的变量默认不能修改，引用捕捉的变量可以修改 // a++;b++;int ret = a + b;return ret;};cout << func1() << endl;  // 2// 隐式值捕捉 // 用了哪些变量就捕捉哪些变量 auto func2 = [=]{int ret = a + b + c;return ret;};cout << func2() << endl;  // 4// 隐式引用捕捉 // 用了哪些变量就捕捉哪些变量 auto func3 = [&]{a++;c++;d++;};func3();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;  // 1 2 3 4// 混合捕捉 1 auto func4 = [&, a, b]{// a++;// b++;c++;d++;return a + b + c + d;};func4();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;  // 1 2 4 5// 混合捕捉 2 auto func5 = [=, &a, &b]{a++;b++;//c++;//d++;return a + b + c + d;};func5();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;  // 2 3 4 5// 局部的静态和全局变量不能捕捉，也不需要捕捉 static int m = 0;auto func6 = []{int ret = x + m;return ret;};cout << func6() << endl;  // 1// 传值捕捉本质是一种拷贝,并且被 const 修饰了 // mutable 相当于去掉 const 属性，可以修改了 // 但是修改了不会影响外⾯被捕捉的值，因为是一种拷贝 auto func7 = [=]() mutable  // 这里 () 不能省略{a++;b++;c++;d++;return a + b + c + d;};cout << func7() << endl;  // 18cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;  // 2 3 4 5return 0;
}

输出

3. lambda 的应用

在学习 lambda 表达式之前，我们使用的可调用对象只有函数指针和仿函数对象，函数指针的类型定义起来比较麻烦，仿函数要定义一个类，相对也会比较麻烦。而使用 lambda 去定义可调用对象，既简单又方便。

假设我们现在为一件商品定义了一个类：

struct Goods
{string _name; // 名字 double _price; // 价格 int _evaluate; // 评价 // ...Goods(const char* str, double price, int evaluate):_name(str), _price(price), _evaluate(evaluate){}
};

现在我们想要根据不同的标准对商品进行排序，根据以前学习的仿函数，我们可以得到下面的代码：

struct ComparePriceLess
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price < gr._price;}
};struct ComparePriceGreater
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price > gr._price;}
};int main()
{vector<Goods> v = {{ "苹果", 2.1, 5 },{ "⾹蕉", 3, 4 },{ "橙⼦", 2.2, 3 },{ "菠萝", 1.5, 4 } };// 类似这样的场景，我们实现仿函数对象或者函数指针支持商品中不同项的比较// 相对还是⽐较麻烦的sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());return 0;
}

有了 lambda 之后，上面的代码就可以修改成下面这样：

int main()
{vector<Goods> v = {{ "苹果", 2.1, 5 },{ "⾹蕉", 3, 4 },{ "橙⼦", 2.2, 3 },{ "菠萝", 1.5, 4 } };sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price > g2._price;});sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate < g2._evaluate;});return 0;
}

这样一来，我们可以一眼看到排序的逻辑，增加了可读性，同时写起来也更加方便。

4. lambda 的原理

lambda 的原理和范围 for 很像，编译后从汇编指令层的角度看，压根就没有 lambda 和范围 for 这样的东西。范围 for 底层是替换为迭代器，而 lambda 底层是仿函数对象。也就说我们写了一个 lambda 以后，编译器会生成一个对应的仿函数的类。这个类的名称只有编译器知道，我们不知道，所以写 lambda 时才要配合 auto 去写。

仿函数的类名是编译按一定规则生成的，保证不同的 lambda 生成的类名不同，lambda 参数/返回类型/函数体就是仿函数中 operator() 的参数/返回类型/函数体，lambda 的捕捉列表本质是生成的仿函数类的成员变量，也就是说捕捉列表的变量都是 lambda 类构造函数的实参，当然隐式捕捉，编译器要看使用哪些就传那些对象。

三、包装器

1. function

std::function 是一个类模板，也是一个包装器。std::function 的实例对象可以包装存储其他的可以调用的对象，包括函数指针、仿函数、lambda 、bind 表达式等，存储的可调用对象被称为 std::function 的目标。若 std::function 不含目标，则称它为空。调用空 std::function 的目标导致抛出 std::bad_function_call 异常。

以下是 function 的原型，它被定义在头文件 <functional> 中。

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函数指针、仿函数、lambda 等可调用对象的类型各不相同，std::function 的优势就是统一类型，对它们都可以进行包装，这样在很多地方就方便声明可调用对象的类型。

在使用该函数包装可调用对象时，模板参数需要用 <函数的返回类型(函数的参数类型的列表)> 的格式，具体见下面代码示例。

int f(int a, int b)
{return a + b;
}struct Functor
{
public:int operator() (int a, int b){return 10 * (a + b);}
};class Plus
{
public:Plus(int n = 10):_n(n){}static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return (a + b) * _n;}private:int _n;
};int main()
{// 包装各种可调用对象 function<int(int, int)> f1 = f;function<int(int, int)> f2 = Functor();function<int(int, int)> f3 = [](int a, int b) { return (a + b) / 2; };// 统一类型之后就可以装在容器中vector<function<int(int, int)>> func = { f1, f2, f3 };for (auto f : func){cout << f(1, 2) << endl;}// 成员函数要指定类域并且前面加 & 才能获取地址// 包装静态成员函数时可以加 & 可以不加，不加 & 时会隐式转换为函数指针function<int(int, int)> f4 = &Plus::plusi;// function<int(int, int)> f4 = Plus::plusi;  // OKcout << f4(1, 1) << endl;// 包装普通成员函数 // 普通成员函数还有一个隐含的 this 指针参数// 注意这里绑定时传对象或者对象的指针过去都可以// 从底层的角度看这个参数都是为了拿到这个对象，传指针就是 ->* 去拿，传对象就是用 .*function<double(Plus*, double, double)> f5 = &Plus::plusd;Plus pd;cout << f5(&pd, 1.1, 1.1) << endl;function<double(Plus, double, double)> f6 = &Plus::plusd;cout << f6(pd, 1.1, 1.1) << endl;function<double(Plus&&, double, double)> f7 = &Plus::plusd;cout << f7(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;cout << f7(Plus(), 1.1, 1.1) << endl; return 0;
}

输出

2. function + lambda 的简单应用

【题目链接】

150. 逆波兰表达式求值 - 力扣（LeetCode）

class Solution {
public:// 建立一个操作符与函数的映射// 想要把函数放进容器里就可以用包装器map<string, function<int(int, int)>> opFuncMap = {{"+", [](int x, int y){return x + y;} },{"-", [](int x, int y){return x - y;} },{"*", [](int x, int y){return x * y;} },{"/", [](int x, int y){return x / y;} }};int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;for(auto& t : tokens){if(opFuncMap.count(t)){int right = st.top(); st.pop();int left = st.top(); st.pop();st.push(opFuncMap[t](left, right));}else st.push(stoi(t));}return st.top();}
};

3. bind

bind 是一个函数模板，它也是一个可调用对象的包装器，可以把它看作一个函数适配器，对接收的可调用对象进行处理后返回一个新的可调用对象。bind 可以用来调整参数个数和参数顺序。

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和 function 一样，bind 也在头文件 functional 中。

调用 bind 的一般形式：auto newCallable = bind(callable, arg_list); 其中 newCallable 本身是一个可调用对象，arg_list 是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的 callable 的参数。当我们调用 newCallable 时，newCallable 会调用 callable，并传给它 arg_list 中的参数。

arg_list 中的参数可能包含形如 _n 的名字，其中 n 是一个整数，这些参数是占位符，表示 newCallable 的参数，它们占据了传递给 newCallable 的参数的位置。数值 n 表示生成的可调用对象中参数的位置：

_1 为 newCallable 的第一个参数；
_2 为 newCallable 的第二个参数；
以此类推。

_1/_2/_3…这些占位符放到了一个叫 placeholders 的命名空间中。

光说可能有些抽象，下面来看一下它的具体使用：

using placeholders::_1;
using placeholders::_2;
using placeholders::_3;int Sub(int a, int b)
{return (a - b) * 10;
}int SubX(int a, int b, int c)
{return (a - b - c) * 10;
}class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{auto sub1 = bind(Sub, _1, _2);cout << sub1(10, 5) << endl;  // 50// bind 本质返回的一个仿函数对象 // 调整参数顺序 (不常用) // _1 代表第一个实参，注意是实参，也就是 sub1 中的第一个参数// _2 代表第二个实参 // ...auto sub2 = bind(Sub, _2, _1);cout << sub2(10, 5) << endl;  // -50// 调整参数个数 (常用)auto sub3 = bind(Sub, 100, _1);  // 绑死了 Sub 中的第一个参数，始终为 100// 现在只需要传一个参数给 _1，_1 又传给 Sub 中的 bcout << sub3(5) << endl;  // 950auto sub4 = bind(Sub, _1, 100);  // 帮死了第二个参数cout << sub4(5) << endl;  // -950// 分别绑死第 1、2、3 个参数 auto sub5 = bind(SubX, 100, _1, _2);cout << sub5(5, 1) << endl;  // -940auto sub6 = bind(SubX, _1, 100, _2);cout << sub6(5, 1) << endl;  // -960auto sub7 = bind(SubX, _1, _2, 100);cout << sub7(5, 1) << endl;  // -960return 0;
}

输出

4. bind + lambda 的简单应用

int main()
{// 计算复利的 lambda auto func1 = [](double rate, double money, int year)->double {double ret = money;for (int i = 0; i < year; i++){ret += ret * rate;}return ret - money;};// 绑死一些参数，实现出支持不同年化利率，不同⾦额和不同年份计算出复利的结算利息function<double(double)> func3_1_5 = bind(func1, 0.015, _1, 3);function<double(double)> func5_1_5 = bind(func1, 0.015, _1, 5);function<double(double)> func10_2_5 = bind(func1, 0.025, _1, 10);function<double(double)> func30_3_5 = bind(func1, 0.035, _1, 30);cout << func3_1_5(1000000) << endl;cout << func5_1_5(1000000) << endl;cout << func10_2_5(1000000) << endl;cout << func30_3_5(1000000) << endl;return 0;
}