【C + +】C++11 (下) | 类新功能 + STL 变化 + 包装器全解析
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❄️前言：
☀️一、新的类功能
⭐1.1 移动语义注意项
⭐1.2 Rule of Five机制
⭐1.3 小结
☀️二、"强制生成"默认函数的关键字default
☀️三、"禁止生成"默认函数的关键字delete
☀️四、STL中一些变化
☀️五、包装器
⭐function
⭐bind 与占位符
☀️六、本文小结
🌻共勉:
❄️前言：
前面我们已经学习了C + + 11（中），今天我们来学习C + + 11（下）。
☀️一、新的类功能
在C++11前，C++类有六个默认成员函数(默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数 )
⭐1.1 移动语义注意项
C++11 新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符重载 。
如果没有显式实现移动构造或赋值函数，同时没有显式显式析构、拷贝、赋值重载函数中任意一个。编译器会自动生成默认移动构造。其中默认生成的移动构造或赋值函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员(注意是成员)，则需要看这个成员是否实现移动构造或赋值，如果实现了就调用移动构造或赋值，没有实现就调用拷贝构造或赋值重载。
⭐1.2 Rule of Five机制
C++11 引入了五个特殊成员函数，其中有三对：
- 拷贝构造函数、拷贝赋值运算符
- 移动构造函数、移动赋值运算符
- 析构函数
当你定义其中的一个（如移动构造函数），编译器会认为你对这个类的资源管理有特殊的要求，因此不再生成默认的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，避免误用浅拷贝导致资源管理错误。
析构函数和移动构造函数的不同角色:
- 析构函数：用于销毁对象并释放其占用的资源。显式定义析构函数意味着你要自行控制资源的释放方式。C++ 假定你手动管理资源，因此不会为你生成其他依赖于默认资源管理的函数（如移动构造函数）。
- 移动构造函数：用于将资源从一个对象转移到另一个对象。它不负责销毁对象，而是将对象的资源"转交"给另一个对象。
移动构造函数主要是负责“转移”资源，而不是释放资源，编译器假设转移资源并不改变析构时的行为，所以它会继续生成默认析构函数，认为默认的资源释放机制（如自动销毁对象的成员）依然有效。对此当显示实现移动构造函数，编译器也会自动生成默认的析构函数，确保资源的销毁。
⭐1.3 小结
析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载是对于容器中深拷贝的类关于资源的管理，为了避免潜在的资源管理问题和不一致性，当你显式定义了析构函数时，编译器会尊重你的选择，不再生成默认的移动构造函数，需要你根据具体的类设计和资源管理策略，决定是否需要自定义移动构造函数(这三个特殊成员函数之间存在依赖的关系Rule of Five机制)。
// 以下代码在vs2013中不能体现，在vs2019下才能演示体现上面的特性。
class Person
{public:Person(const char* name = "", int age = 0):_name(name), _age(age){}/*Person(const Person& p)
:_name(p._name)
,_age(p._age)
{}*//*Person& operator=(const Person& p)
{
if(this != &p)
{
_name = p._name;
_age = p._age;
}
return *this;
}*//*~Person()
{}*/private://自定义成员bit::string _name;//内置类型成员int _age;
};
int main()
{Person s1;Person s2 = s1;Person s3 = std::move(s1);Person s4;s4 = std::move(s2);return 0;
}
需要注意，关于移动语义是一种夺舍的行为，需要考虑被夺舍对象是否需要使用原本的资源，进行调用。
☀️二、"强制生成"默认函数的关键字default
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关键字显示指定移动构造生成
特殊函数之间可能存在依赖或互斥的关系，编译器不会随意地插入可能与用户意图不符的代码，也就导致了当强制生成移动语句，编译器不会默认生成析构函数等与之依赖性强的函数，如果需要移动语句和拷贝函数等函数同时出现，建议全部进行强制生成。
因为自己去写的话，还是麻烦了一点，关于这些问题可以看成一个语法规定就好了。
☀️三、"禁止生成"默认函数的关键字delete
如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁已，这样只要其他人想要调用就会报错。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。
如以下场景，这里类只能在堆上生成对象：
class HeapOnly
{public:static HeapOnly* CreateObj(){return new HeapOnly;}//C++11HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;//C++98 私有+只声明不实现private:HeapOnly(const HeapOnly&);HeapOnly(){}int _a = 1;
};
int main()
{//HeapOnly ho1;//HeapOnly* p1 = new HeapOnly;//以上是构造函数私有HeapOnly* p2 = HeapOnly::CreateObj();//尝试在堆上开辟空间// 不能被拷贝，才能禁止//HeapOnly obj(*p2);return 0;
}
分析几行代码:
HeapOnly* p1 = new HeapOnly;这里构造函数是私有的HeapOnly obj(*p2);不能被拷贝，禁止拷贝构造函数，也是栈上开空间HeapOnly* p2 = HeapOnly::CreateObj();通过静态工厂方法在堆上创建对象
☀️四、STL中一些变化
- 下图1圈起来的就是STL中的新容器，但是实际最有用的是unordered_map和unordered_set。这 两个我们前面已经进行了非常详细的讲解，其他的大家了解一下即可。
- STL中容器的新接口也不少，最重要的就是右值引用和移动语义相关的push/insert/emplace系列 接口和移动构造和移动赋值，还有initializer_list版本的构造等，这些前面都讲过了，还有一些无关 痛痒的如cbegin/cend等需要时查查文档即可。
- 容器的范围for遍历，这个在容器部分也讲过了。
☀️五、包装器
⭐function
function是一个类模板，也是一个包装器。std::function的实例化对象可以包装存储其它可以调用的对象：包括函数指针、仿函数、lambda、bind表达式；其中存储的对象被称为
std::function的目标；如果std::function不含目标，那它为空（调用空目标导致抛出std::bad_function_call异常。
template <class T>
class function; // undefined
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;
以上是 function 的原型，他被定义头⽂件中
#include <functional>
int main()
{function<int(int, int)> func;func = [](int a, int b) { return a + b; };cout << func(3, 4) << endl; // 输出 7return 0;
}
function的优势在于统一函数接口、做函数回调或作为参数传递。
函数指针、仿函数、lambda这些可以调用的对象的类型各不相同，std::function的优势就在于统一类型；
只要它们返回值，参数都相同，function就能对它们进行包装；这样在很多的地方就可以声明这些可调用对象的类型；
int fun(int a, int b)
{return a + b;
}
struct Fun
{
public:int operator() (int a, int b){return 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()
{function<int(int, int)> f1 = fun;//函数指针function<int(int, int)> f2 = Fun();//仿函数function<int(int, int)> f3 = [](int a, int b) {return a + b; };//lambdacout << f1(1, 1) << endl;cout << f2(1, 1) << endl;cout << f3(1, 1) << endl;//包装静态成员，需要指定类域并且使用&function<int(int, int)> f4 = &Plus::plusi;cout << f4(1, 1) << endl;//包装非静态成员函数时//这里还有一个隐藏的this指针，所以使用function包装后需要传对象或者对象的指针过去才能进行调用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;
}
这里再来看一道可以使用function包装优化的题目
150. 逆波兰表达式求值 - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;for(auto& e:tokens){if(e == "+"||e == "-" || e == "*" || e == "/"){int right = st.top();st.pop();int left = st.top();st.pop();switch(e[0]){case '+':st.push(left + right);break;case '-':st.push(left - right);break;case '*':st.push(left * right);break;case '/':st.push(left / right);break;}}else{st.push(stoi(e));}}return st.top();}
};
这道题，向上述这样写，特别难受好吧，我们可以使用function进行优化：
我们知道
+、-、*、/运算它返回值和参数类型都是相同的，那我们不妨将其包装起来；然后使用
map存储运算符和对应的函数调用对象这样直接使用
map的[]就可以访问到要调用的函数/对象。
class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;map<string,function<int(int,int)>> mp = {{"+",[](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;}}};for(auto& e:tokens){if(mp.count(e))//mp中存在就代表是操作符{int right = st.top();st.pop();int left = st.top();st.pop();st.push(mp[e](left,right));}elsest.push(stoi(e));}return st.top();}
};
这样我们代码看起来简洁了好多，用起来也很方便；
如果再多几个运算符，我们只需要在mp再新增即可。
从这个角度来看：
lambda算是统一了那些可调用对象的类型，这样对于可调用对象（函数指针、仿函数、lambda），只要参数和返回值相同，那我们就可以使用function包装起来，方便调用。
⭐bind 与占位符
simple(1)
template <class Fn, class... Args>bind (Fn&& fn, Args&&... args);
with return type (2)
template <class Ret, class Fn, class... Args>bind (Fn&& fn, Args&&... args);
bind是一个函数模版，它也是一个可调用对象的包装器；简单来说它就是一个函数适配器，可以对接受的Fn可调用对象进行处理后返回一个可调用对象。bind可以用来调整参数个数和参数的顺序。bind也在这个头文件中。
int Fun(int a, int b)
{return (a - b) * 10;
}
int Func(int a, int b, int c)
{return (a - b - c) * 10;
}
int main()
{//这里_1始终指接受第一个实参//_2指接受第二个实参auto fun1 = bind(Fun, _1, _2);cout << fun1(10, 5) << endl;//fun1(10,5) -> Fun(10,5)auto Fun2 = bind(Fun, _2, _1);cout << Fun2(10, 5) << endl;//fun2(10,5) -> Fun(5,10)auto fun3 = bind(Fun, 100, _1);cout << fun3(5) << endl;//fun3(5) -> Fun(100,5)auto fun4 = bind(Fun, _1, 100);cout << fun4(5) << endl;//fun4(5) -> Fun(5,100)auto fun5 = bind(Func, 100, _1, _2);cout << fun5(5, 1) << endl;//fun5(5,1) -> Func(100,5,1)auto fun6 = bind(Func, _1, 100, _2);cout << fun6(5, 1) << endl;//fun6(5,1) -> Func(5,100,1)auto fun7 = bind(Func, _1, _2, 100);cout << fun7(5, 1) << endl;//fun7(5,1) -> Func(5,1,100);return 0;
}
调用
bind：auto newCallable = bind(callable, arg_list)（这里newCallable本身就是一个可调用对象，arg_list是参数列表，对应给定的callable的参数（也是可调用对象）这样我们调用
newCallable，newCallable就会调用callable，并传给它arg_list中的参数。
当我们使用function去包装类的非静态成员函数时，我们在调用时总是需要传该类型的对象或者该类型对象的指针，来完成调用；
这样的设计好难看，我每一次调用还要创建一个该类型的对象，那我还不如直接去调用呢
function<double(Plus&&, double, double)> f1 = &Plus::plusd;Plus pd;cout << f1(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;cout << f1(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;
而
bind这个绑定，我们可以同来绑定一些固定的参数；就比如这里需要传递该类类型的对象或者该类型对象的指针，我们使用
bind绑定，直接锁死这个参数，那这样在调用时就不用显示传递了。
function<double(double, double)> f2 = bind(&Plus::plusd, Plus(), _1, _2);cout << f2(1.1, 1.1) << endl;
☀️六、本文小结
| 主题分类 | 核心知识点 | 关键规则 / 特性说明 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
| 一、新的类功能 | 1. 默认成员函数扩展（C++11 新增 2 个） | - 原 6 个默认成员函数基础上，新增移动构造函数和移动赋值运算符重载- 编译器自动生成条件：未显式实现移动相关函数，且未显式实现析构、拷贝构造、拷贝赋值中任意一个 | - 移动语义是 “资源转移”，需确认被转移对象后续是否使用- 仅 VS2019 + 等新编译器支持该特性，VS2013 不体现 |
| 2. Rule of Five（五大函数机制） | - 包含：拷贝构造、拷贝赋值、移动构造、移动赋值、析构- 显式定义其中一个，编译器不再生成默认拷贝构造 / 赋值（避免浅拷贝错误）- 显式实现移动构造 / 赋值，编译器仍生成默认析构 | - 析构函数显式定义后，编译器不再生成默认移动构造- 五大函数需根据资源管理需求手动配套实现 | |
| 二、默认函数控制关键字 | 1. default（强制生成默认函数） | - 用于显式指定编译器生成默认版本的函数- 场景：已实现拷贝构造，仍需默认移动构造时使用 | - 强制生成移动函数后，编译器不会自动生成析构、拷贝等依赖函数- 需同时生成多个默认函数时，建议全部用 default 显式指定 |
| 2. delete（禁止生成默认函数） | - 用于禁止编译器生成默认版本的函数- 替代 C++98“私有 + 只声明不实现” 的方式，更简洁 | - 常用于限制拷贝（如只允许堆上创建对象的类）- 被 delete 修饰的函数无法被调用 | |
| 三、STL 中的变化 | 1. 新容器与接口扩展 | - 新增 unordered_map、unordered_set 等容器，其中前两者实用性最高- 容器新增右值引用相关接口（push/insert/emplace）、移动构造 / 赋值、initializer_list 构造等 | - 范围 for 遍历在容器中已支持- 其他新接口（如 cbegin/cend）可按需查阅文档 |
| 四、包装器 | 1. function（可调用对象统一包装） | - 统一函数指针、仿函数、lambda 等可调用对象的类型- 只要返回值和参数列表相同，即可用 function 包装 | - 需包含头文件<functional>- 包装非静态成员函数时，需考虑隐藏的 this 指针参数 |
| 2. bind 与占位符（函数适配器） | - 可调整可调用对象的参数个数和顺序- 占位符_1、_2等表示调用时传入的实参位置 | - 常用于简化非静态成员函数的调用（绑定对象或指针，减少参数传递）- 需配合<functional>头文件使用 |
🌻共勉:
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