[C++11] 新特性总结

C++11新增加了哪些新特性？一般而言，大概有以下四个方面：

“语法糖”：nullptr, auto自动类型推导，范围for循环，初始化列表, lambda表达式等
右值引用和移动语义
智能指针
C++11多线程编程：thread库及其相配套的同步原语mutex, lock_guard, condition_variable, 以及异步std::furture

1. “语法糖”

c++11新增加了一些语法糖，其中常用的就是auto和lambda。

1.1 auto自动类型推导

C语言也有auto关键字，但是其含义只是与static变量做一个区分，一个变量不指定的话默认就是auto。。因为很少有人去用这个东西，所以在C++11中就把原有的auto功能给废弃掉了，而变成了现在的自动类型推导关键字。用法很简单不多赘述，

比如写一个auto a = 3, 编译器就会自动推导a的类型为int. 在遍历某些STL容器的时候，不用去声明那些迭代器的类型，也不用去使用typedef就能很简洁的实现遍历了。
auto的使用有以下两点必须注意：

auto声明的变量必须要初始化，否则编译器不能判断变量的类型。
auto不能被声明为返回值，auto不能作为形参，auto不能被修饰为模板参数

关于效率: auto实际上实在编译时对变量进行了类型推导，所以不会对程序的运行效率造成不良影响。另外，auto并不会影响编译速度，因为编译时本来也要右侧推导然后判断与左侧是否匹配。
关于具体的推导规则，可以参考这里

1.2 lambda表达式

lambda表达式是匿名函数，可以认为是一个可执行体functor，语法规则如下：

[捕获区](参数区){代码区};

如

auto add = [](int a, int b) {return a + b};

就我的理解而言，捕获的意思即为将一些变量展开使得为lambda内部可见，具体方式有如下几种

[a,&b] 其中 a 以复制捕获而 b 以引用捕获。
[this] 以引用捕获当前对象（ *this ）
[&] 以引用捕获所有用于 lambda 体内的自动变量，并以引用捕获当前对象，若存在
[=] 以复制捕获所有用于 lambda 体内的自动变量，并以引用捕获当前对象，若存在
[] 不捕获，大部分情况下不捕获就可以了

一般使用场景：sort等自定义比较函数、用thread起简单的线程。

2. 右值引用与移动语义

右值引用是C++11新特性，它实现了转移语义和完美转发，主要目的有两个方面

消除两个对象交互时不必要的对象拷贝，节省运算存储资源，提高效率
能够更简洁明确地定义泛型函数
C++中的变量要么是左值、要么是右值。通俗的左值定义指的是非临时变量，而左值指的是临时对象。左值引用的符号是一个&，右值引用是两个&&

移动语义
转移语义可以将资源(堆、系统对象等)从一个对象转移到另一个对象，这样可以减少不必要的临时对象的创建、拷贝及销毁。移动语义与拷贝语义是相对的，可以类比文件的剪切和拷贝。在现有的C++机制中，自定义的类要实现转移语义，需要定义移动构造函数，还可以定义转移赋值操作符。
以string类的移动构造函数为例

MyString(MyString&& str) {std::cout << "Move Ctor source from " << str._data << endl;_len = str._len;_data = str._data;str._len = 0;str._data = NULL;
}

和拷贝构造函数类似，有几点需要注意：

参数(右值)的符号必须是&&
参数(右值)不可以是常量，因为我们需要修改右值
参数(右值)的资源链接和标记必须修改，否则，右值的析构函数就会释放资源。转移到新对象的资源也就无效了。

标准库函数std::move --- 将左值变成一个右值

编译器只对右值引用才能调用移动构造函数，那么如果已知一个命名对象不再被使用，此时仍然想调用它的移动构造函数，也就是把一个左值引用当做右值引用来使用，该怎么做呢？用std::move，这个函数以非常简单的方式将左值引用转换为右值引用。

详情请见：[C++11] 右值引用和移动语义

3.智能指针

核心思想：为防止内存泄露等问题，用一个对象来管理野指针，使得在该对象构造时获得该指针管理权，析构时自动释放(delete).基于此思想C++98提供了第一个智能指针：auto_ptr
auto_ptr基于所有权转移的语义，即将一个就的auto_ptr赋值给另外一个新的auto_ptr时，旧的那一个就不再拥有该指针的控制权（内部指针被赋值为null),那么这就会带来一些根本性的破绽：

函数参数传递时，会有隐式的赋值，那么原来的auto_ptr自动失去了控制权
自我赋值时，会将自己内部指针赋值为null，造成bug

因为auto_ptr的各种bug，C++11标准基本废弃了这种类型的智能指针，转而带来了三种全新的智能指针：

shared_ptr，基于引用计数的智能指针，会统计当前有多少个对象同时拥有该内部指针；当引用计数降为0时，自动释放
weak_ptr，基于引用计数的智能指针在面对循环引用的问题将无能为力，因此C++11还引入weak_ptr与之配套使用，weak_ptr只引用，不计数
unique_ptr: 遵循独占语义的智能指针，在任何时间点，资源智能唯一地被一个unique_ptr所占有，当其离开作用域时自动析构。资源所有权的转移只能通过std::move()而不能通过赋值

详情请见：[C++11] 智能指针

4、C++11多线程编程

4.1 线程

std::thread

创建std::thread，一般会绑定一个底层的线程。若该thread还绑定好函数对象，则即刻将该函数运行于thread的底层线程。
线程相关的很多默认是move语义，因为在常识中线程复制是很奇怪的行为。
joinable()：是否可以阻塞至该thread绑定的底层线程运行完毕（倘若该thread没有绑定底层线程等情况，则不可以join)
join()：本线程阻塞直至该thread的底层线程运行完毕。
detach()：该thread绑定的底层线程分离出来，任该底层线程继续运行（thread失去对该底层线程的控制）。

4.2 互斥量

为了避免多线程对共享变量的一段操作会发生冲突，引入了互斥体和锁。

std::mutex

互斥体，一般搭配锁使用，也可自己锁住自己（lock(),unlock()）。
若互斥体被第二个锁请求锁住，则第二个锁所在线程被阻塞直至第一个锁解锁。

std::lock_guard

简单锁，构造时请求上锁，释放时解锁，性能耗费较低。适用区域的多线程互斥操作。

std::unique_lock

更多功能也更灵活的锁，随时可解锁或重新锁上（减少锁的粒度），性能耗费比前者高一点点。适用灵活的区域的多线程互斥操作。

4.3 原子变量

原子变量的意思就是单个最小的、不可分割的变量（例如一个int），原子操作则指单个极小的操作（例如一个自增操），C++的原子类封装了这种数据对象，使多线程对原子变量的访问不会造成竞争。（可以利用原子类可实现无锁设计)

std::atomic_flag

它是一个原子的布尔类型，可支持两种原子操作。(实际上mutex可用atomic_flag实现）
test_and_set()：如果atomic_flag对象被设置，则返回true; 如果atomic_flag对象未被设置，则设置之，返回false
clear()：清除atomic_flag对象。

std::atomic<T>

对int, char, bool等基本数据类型进行原子性封装（其实是特化模板）。
store()：修改被封装的值。
load()：读取被封装的值。

4.4 条件变量

条件变量一般是用来实现多个线程的等待队列，即主线程通知（notify）有活干了，则等待队列中的其它线程就会被唤醒，开始干活。

std::condition_variable

wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock, Predicate pred = [](){return true;})：pred()为true时直接返回，pred()为false时，lock必须满足已被当前线程锁定的前提。执行原子地释放锁定，阻塞当前线程，并将其添加到等待*this的线程列表中。
notify_one()/notify_all()：激活某个或者所有等待的线程，被激活的线程重新获得锁。

参考：

1、深入理解C++11:C++11新特性解析与应用

2、深入应用C++11:代码优化与工程级应用

3、Effective Modern C++