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23 Aug 2017

C++11特性介绍——运行时常量、lambda

编译时常量和运行时常量

  • 运行时常量： const 用来修饰函数参数，函数返回值，函数本身，类等等，const描述都是一些“运行时常量性”的概念。

但是, 我们很多时候需要的是编译期常量, 如下例子:

const int GetConst()
{
    return 1;
}

int arrs[GetConst] = { 0 }; //明显无法通过编译
switch (type)
{
    case GetConst:         //无法通过编译
        break;
    default:
        break;
}

问题:

那么, 怎么获取编译时期的常量呢, 或者说定义编译时期常量?

方法1:

使用宏定义, 当然这是一种非常粗暴的方式, effective C++也建议一般不要使用宏定义

#define GETCONST 1

方法2:

编译时常量： C++11中对编译时期常量的回答是constexpr；

eg：

constexpr int GetConst() 
{
    return 1;
}

当然, C++11中, 常量表达式实际上可以作用的实体不仅仅限于函数, 还可以作用于数据声明, 以及类的构造函数等;

常量表达式函数

在函数返回类型前加入关键字constexpr使其成为常量表达式函数。并不是所有的函数都有资格成为常量表达式函数，需要符合以下几点：

  1. 函数体只有单一的return返回语句(里面有typedef, assert, static_assert, using等语句也不影响)；
  2. 函数必须有返回值（不能是void）；
  3. 在使用前必须已有定义(区别其他类型, 其他类型只要有声明即可, 这里是定义)；
  4. return 返回语句表达式中不能使用非常量表达式的函数，全局数据，且必须是一个常量表达式；
/*
	条件1说明
*/
//编译肯定不会通过的
constexpr int data()
{
    const int i = 1;
    return i;
}

/*
	条件3说明
*/
constexpr int f();
int a = f();        //编译通过
const int b = f();  //编译通过

//无法通过编译, c是编译时常量, 肯定要求编译期计算值, 然而f()此时还没有定义;
constexpr int c = f(); 
constexpr int f()
{
	return 1;
}
//编译通过
constexpr int d = f(); 

/*
	条件4 说明
*/
const int func() { return 1; };
//编译不通过, 很明显, return的表达式在运行时才能正确返回, 这和constexpr编译常量矛盾
constexpr int g() {return e(); };

常量表达式值

常量表达式值必须被一个常量表达式赋值, 而且表达式值在使用前必须被初始化;

const int i = 1;
constexpr int j = 2;

事实上, 两者在大数情况下是一样的, 不过有一点是肯定的, 就是如果i在全局名字空间中, 编译器一定会为i产生数据, 而对于j, 如果不是有代码明显地使用它的地址, 编译器可以选择不为他产生数据;

在C++11中, constexpr关键字不能用于修饰自定义类型的定义;

//这些都无法通过编译
constexpr struct MyType 
{
    int i;
}

constexpr MyType mt = {0}

struct MyType
{
    constexpr MyType(int x): i(x)
    {
        
    }
    int i;
}

constexpr MyType mt = { 0 };

constexpr修饰构造函数

  • 函数体必须为空;
  • 初始化列表只能由常量表达式来赋值;

C++11中, 不允许常量表达式作用于virtual的成员函数, 这个原因也是显而易见的, virtual表示的是运行时的行为, 与”可以在编译时进行值计算”的constexpr的意义是冲突的;

constexpr修饰函数模板

由于模板的不确定性, 所以模板函数是否被实例化为一个编译时常量版本也是未知的, 所以C++ 11规定, 如果在某个实例化之后, 模板函数实例化结果不满足编译常量需求, constexpr

lambda

lambda函数语法定义

[capture](parameters) mutable ->return-type{statement}
  • [capture]: 捕获列表，捕获上下文中变量已提供给lambda函数使用；捕获列表总是出现在lambda的最开始出，是lambda的引出符；
  • (parameters): 参数列表；与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递可以连同()一起省去；
  • mutable： mutable修饰符。默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。该修饰符号下，参数列表不可以省去。
  • ->return-type: 返回类型，无需返回值的时候，可以连同符号->一起删除，另外，在返回类型明确的情况下，也可省略让编译器对返回类型进行推导；
  • {statement}:函数体，内容和普通函数一样，内部可以使用参数，也可以使用所有捕获的变量；

捕获列表形式

  1. [var] 值传递捕获变量var；
  2. [=] 值传递捕获所有父作用域的变量（包括this）；
  3. [&var] 引用传递捕获变量var；
  4. [&] 引用传递捕获所有父作用域的变量（包括this）；
  5. [this] 值传递捕获当前的this指针；
  6. [=, &a, &b] 引用传递捕获a，b，其他使用值传递；
  7. [&, a, this] 值传递捕获a和this，引用捕获其他；
//lambda
int girls = 2;
int boys = 3;
auto totalChild = [](int x, int y) -> int{ return x + y; };
cout << totalChild(girls, boys) << endl;
//最简单的lambda函数
[]{};
auto totalChild1 = [girls, &boys]() ->int{return girls + boys; };
cout << totalChild1() << endl;

注：仿函数是编译器实现lambda的一种方式；

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