C++26 你的下一个 C++ 标准

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C++ 每过一段时间，就是发布一个版本，作为该门语言的最新演进的进展展示着其旺盛的生命力。作为一种历史悠久且不断发展的语言，C++如今已经走过了40多个年头。在这漫长的岁月里，它经历了多次重大更新，每一次都为开发者带来了新的工具和可能性。让我们一起回顾C++的发展历程，看看它是如何从最初的版本发展到即将到来的 C++26 版本的。

C++98：奠定基础

C++的标准化进程始于20世纪80年代末。1998年，第一个C++标准C++98正式发布，这是一个具有里程碑意义的版本。它不仅统一了不同的C++实现，还引入了一些至今仍在广泛使用的核心特性：

1. 模板：允许编写通用代码，极大提高了代码复用性。

template<typename T> T max(T a, T b) { return (a > b) ? a : b; } // 使用示例 int main() { std::cout << max(10, 20) << std::endl; // 输出: 20 std::cout << max(3.14, 2.72) << std::endl; // 输出: 3.14 return 0; }

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2. 标准模板库（STL）：提供了丰富的容器和算法，成为C++程序员的得力助手。

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!#include <vector> #include <algorithm> #include <iostream> int main() { std::vector<int> v = {5, 2, 8, 1, 9}; std::sort(v.begin(), v.end()); for (std::vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it) { std::cout << *it << " "; } // 输出: 1 2 5 8 9 return 0; }

3. 字符串类：提供了比C风格字符串更安全、更方便的字符串处理方式。

#include <string> #include <iostream> int main() { std::string s1 = "Hello"; std::string s2 = " world!"; std::string s3 = s1 + s2; std::cout << s3 << std::endl; // 输出: Hello world! std::cout << "Length: " << s3.length() << std::endl; // 输出: Length: 12 return 0; }

4. IO流：为输入输出操作提供了面向对象的抽象。

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!#include <iostream> #include <fstream> #include <string> int main() { std::ofstream outFile("test.txt"); outFile << "Hello, C++98!" << std::endl; outFile.close(); std::string line; std::ifstream inFile("test.txt"); if (std::getline(inFile, line)) { std::cout << line << std::endl; // 输出: Hello, C++98! } inFile.close(); return 0; }

这些特性为现代C++编程奠定了坚实的基础。

C++11：现代C++的开端

经过长达13年的积累，C++11标准在2011年发布。这个版本被普遍认为是现代C++的开端，它引入了大量新特性，显著提升了C++的表现力和易用性。

1. 自动类型推导（auto关键字）：

auto x = 5; // x是int类型 auto y = 3.14; // y是double类型 std::vector<int> v = {1, 2, 3}; auto it = v.begin(); // it是std::vector<int>::iterator类型

2. 基于范围的for循环：

std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; for (const auto& num : numbers) { std::cout << num << " "; } // 输出: 1 2 3 4 5

3. Lambda表达式：

auto sum = [](int a, int b) { return a + b; }; std::cout << sum(3, 4) << std::endl; // 输出: 7 std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5}; std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int& n) { n *= 2; }); // v现在是{2, 4, 6, 8, 10}

4. 智能指针：

#include <memory> std::unique_ptr<int> p1(new int(5)); std::shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(10); *p1 = 6; std::cout << *p1 << " " << *p2 << std::endl; // 输出: 6 10

5. 右值引用和移动语义：

std::vector<int> getVector() { return std::vector<int>{1, 2, 3, 4, 5}; } std::vector<int> v = getVector(); // 使用移动语义，避免不必要的拷贝

这些特性大大提高了C++的表现力和效率，使得代码更加简洁、安全和高效。

C++14和C++17：稳步前进

C++14和C++17在C++11的基础上继续改进，引入了一些新的特性和库。

C++14的主要新特性：

1. 泛型lambda表达式：

auto lambda = [](auto x, auto y) { return x + y; }; std::cout << lambda(3, 4) << std::endl; // 输出: 7 std::cout << lambda(3.14, 2.5) << std::endl; // 输出: 5.64

2. 变量模板：

template<typename T> constexpr T pi = T(3.); std::cout << pi<float> << std::endl; // 输出: 3.14159 std::cout << pi<double> << std::endl; // 输出: 3.14159

C++17的主要新特性：

1. 结构化绑定：

std::pair<int, std::string> p = {1, "hello"}; auto [id, message] = p; std::cout << id << " " << message << std::endl; // 输出: 1 hello

2. if constexpr：

template<typename T> void foo(T x) { if constexpr (std::is_integral_v<T>) { std::cout << "Integer: " << x << std::endl; } else { std::cout << "Non-integer: " << x << std::endl; } } foo(42); // 输出: Integer: 42 foo(3.14); // 输出: Non-integer: 3.14

3. std::optional：

#include <optional> std::optional<int> divide(int a, int b) { if (b == 0) return std::nullopt; return a / b; } auto result = divide(10, 2); if (result) { std::cout << *result << std::endl; // 输出: 5 } result = divide(10, 0); if (!result) { std::cout << "Division by zero" << std::endl; }

这些特性进一步提高了C++的易用性和表现力。

C++20：又一次重大革新

C++20带来了自C++11以来最重大的变革，引入了许多新的语言特性和标准库组件。

1. 概念（Concepts）：

#include <concepts> template<typename T> concept Addable = requires(T a, T b) { { a + b } -> std::convertible_to<T>; }; template<Addable T> T add(T a, T b) { return a + b; } std::cout << add(3, 4) << std::endl; // 输出: 7 std::cout << add(3.14, 2.5) << std::endl; // 输出: 5.64

2. 范围（Ranges）：

#include <ranges> #include <vector> #include <iostream> int main() { std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; auto even = v | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; }) | std::views::transform([](int n) { return n * 2; }); for (int n : even) { std::cout << n << " "; } // 输出: 4 8 12 16 20 }

3. 协程（Coroutines）：

#include <coroutine> #include <iostream> generator<int> range(int start, int end) { for (int i = start; i < end; ++i) { co_yield i; } } int main() { for (int i : range(0, 5)) { std::cout << i << " "; } // 输出: 0 1 2 3 4 }

4. 模块（Modules）：

// math.ixx export module math; export int add(int a, int b) { return a + b; } // main.cpp import math; #include <iostream> int main() { std::cout << add(3, 4) << std::endl; // 输出: 7 }

这些新特性大大增强了C++的能力，使得代码更加清晰、简洁和高效。

C++23：新特性预览

C++23标准已经完成，引入了一些新的特性：

1. std::expected：

#include <expected> #include <string> std::expected<int, std::string> safe_divide(int a, int b) { if (b == 0) { return std::unexpected("Division by zero"); } return a / b; } auto result = safe_divide(10, 2); if (result) { std::cout << "Result: " << *result << std::endl; // 输出: Result: 5 } else { std::cout << "Error: " << result.error() << std::endl; } result = safe_divide(10, 0); if (!result) { std::cout << "Error: " << result.error() << std::endl; // 输出: Error: Division by zero }

2. 多维下标运算符：

struct Matrix { int operator[](int i, int j) const { return data[i * cols + j]; } int* data; int cols; }; Matrix m = /* ... */; int value = m[2, 3]; // 等价于 m.operator[](2, 3)

这些新特性进一步提升了C++的表现力和安全性。

C++26：新时代的开端

C++26的开发工作始于2023年第二季度，预计将在2025年第一季度完成特性定义。截至2024年8月，C++26至少包含三个重要特性：反射、契约和std::execution。

反射（Reflection）：

反射是程序检查、内省和修改其自身结构和行为的能力。这使得C++的编译时编程变得更加强大。具体来说：

• 静态反射允许在编译时分析和操作类型、函数和变量。
• 可以自动生成序列化和反序列化代码，简化数据持久化和网络传输。
• 元编程将变得更加直观，减少模板元编程的复杂性。
• 可以实现更灵活的泛型编程，如自动生成类型特化。
• 有助于创建更强大的诊断工具和静态分析器。

契约（Contracts）：

契约为软件组件提供精确且可检查的接口规范。这些软件组件主要是满足前置条件、后置条件和不变量的函数。契约的引入将带来以下好处：

• 提高代码的可靠性和正确性，通过明确的规范减少错误。
• 改善文档，契约作为接口的一部分，直接体现在代码中。
• 支持运行时和编译时的契约检查，有助于调试和测试。
• 可以用于优化，编译器可以利用契约信息进行更激进的优化。
• 促进形式化方法在C++中的应用，提高关键系统的安全性。

std::execution：

std::execution（之前称为executors或Senders/Receivers）提供了”一个用于在通用执行资源上管理异步执行的标准C++框架”（P2300R10）。这个特性将带来以下改进：

• 统一的异步编程模型，简化并发和并行编程。
• 更好的性能和可扩展性，通过优化的调度和资源管理。
• 与协程的无缝集成，进一步增强C++的异步编程能力。
• 提供更高级的并行算法和数据结构。
• 改善与硬件加速器（如GPU）的交互，使异构计算更加容易。

这些特性将显著增强C++的能力，使其在现代软件开发中保持竞争力。反射将开启新的元编程可能性，契约将提高代码质量和可靠性，而std::execution将使C++在并发和异步编程领域更加强大。

值得注意的是，C++标准委员会仍在积极开发和完善这些特性。最终的实现可能会有所调整，以确保它们能够满足C++社区的需求，并与语言的整体设计理念保持一致。随着C++26的发展，我们可能会看到该语言在系统编程、高性能计算、游戏开发、金融科技等传统领域的应用进一步加强，同时在人工智能、物联网和云计算等新兴领域发挥越来越重要的作用。