C++ Primer Plus学习（十七）——C++11新特性

• C++11有哪些新特性？
• auto、decltype和decltype(auto)
• • auto
  • decltype
  • decltype(auto)
• NULL和nullptr
• 智能指针
• • shared_ptr
  • unique_ptr
  • weak_ptr
  • auto_ptr
  • auto_ptr的作用
  • 手写实现智能指针类需要实现哪些函数？
• lambda

• nullptr替代NULL
• 引入了auto和decltype这两个关键字实现了类型推导
• 基于范围的for循环 for(auto& i:res){}
• 类和结构体中的初始化列表
• Lambda表达式（匿名函数）
• std::forward_list（单向链表）
• 右值引用和move定义
• ···

C++11新标准引入了auto类型说明符，用它就能让编译器替我们去分析表达式所属的类型。和原来那些只对应某种特定的类型说明符（例如int）不同，auto让编译器通过初始值来进行类型推演。从而获得定义变量的类型，所以说auto定义的变量必须有初始值。

举个例子：

// 普通类型
int a = 1, b = 3;
auto c = a + b;  // c为int型

// const类型
const int i = 5;
auto j = i; // 变量i是顶层const，会被忽略，所以j的类型是int
auto k = &i; // 变量i是一个常量，对常量取地址是一种底层const，所以k的类型是const int*
const auto l = i; // 如果希望推断出的类型是顶层const的，那么就需要在auto前面加上const

// 应用和指针类型
int x = 2;
int& y = x;
auto z = y; // z是int型而不是int&型
auto& p1 = y; // p1是int&型
auto p2 = &x; // p2是指针类型int*

有的时候我们还会遇到这种情况，我们希望从表达式中推断出要定义变量的类型，但却不想用表达式的值去初始化变量。还有可能是函数的返回类型为某表达式的值类型。在这些时候auto就显得很无力了，所以C++11又引入了第二种类型说明符decltype，它的作用是选择并返回操作数的数据类型。在此过程中，编译器只是分析表达式并得到它的类型，却不进行实际的计算表达式的值。

int func() {return 0};

//普通类型
decltype(func()) sum = 5; // sum的类型是函数func()的返回值的类型int, 但是这时不会实际调用函数func()
int a = 0;
decltype(a) b = 4; // a的类型是int, 所以b的类型也是int

//不论是顶层const还是底层const, decltype都会保留   
const int c = 3;
decltype(c) d = c; // d的类型和c是一样的, 都是顶层const
int e = 4;
const int* f = &e; // f是底层const
decltype(f) g = f; // g也是底层const

//引用与指针类型
//1. 如果表达式是引用类型, 那么decltype的类型也是引用
const int i = 3, &j = i;
decltype(j) k = 5; // k的类型是 const int&

//2. 如果表达式是引用类型, 但是想要得到这个引用所指向的类型, 需要修改表达式:
int i = 3, &r = i;
decltype(r + 0) t = 5; // 此时是int类型

//3. 对指针的解引用操作返回的是引用类型
int i = 3, j = 6, *p = &i;
decltype(*p) c = j; // c是int&类型, c和j绑定在一起

//4. 如果一个表达式的类型不是引用, 但是我们需要推断出引用, 那么可以加上一对括号, 就变成了引用类型了
int i = 3;
decltype((i)) j = i; // 此时j的类型是int&类型, j和i绑定在了一起

decltype(auto)是C++14新增的类型指示符，可以用来声明变量以及指示函数返回类型。在使用时，会将"="号左边的表达式替换掉auto，再根据decltype的语法规则来确定类型。举个例子：

int e = 4;
const int* f = &e; // f是底层const
decltype(auto) j = f;//j的类型是const int* 并且指向的是e

算是为了与C语言进行兼容而定义的一个问题吧。
NULL来自C语言，一般由宏定义实现，而nullptr则是C++11的新增关键字。在C语言中，NULL被定义为(void*)0，而在C++语言中，NULL则被定义为整数0。编译器一般对其实际定义如下：

#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif

在C++中指针必须有明确的类型定义。但是将NULL定义为0带来的另一个问题是无法与整数的0区分。因为C++中允许有函数重载，所以可以试想如下函数定义情况：

#include 
using namespace std;

void fun(char* p) {
    cout << "char*" << endl;
}

void fun(int p) {
    cout << "int" << endl;
}

int main()
{
    fun(NULL);
    return 0;
}
//输出结果：int

那么在传入NULL参数时，会把NULL当做整数0来看，如果我们想调用参数是指针的函数，该怎么办呢？nullptr在C++11被引入用于解决这一问题，nullptr可以明确区分整型和指针类型，能够根据环境自动转换成相应的指针类型，但不会被转换为任何整型，所以不会造成参数传递错误。

nuillptr的一种实现方式如下：

const class nullptr_t{
public:
    template  inline operator T*() const{ return 0; }
    template inline operator T C::*() const { return 0; }
private:
    void operator&() const;
} nullptr = {};

以上通过模板类和运算符重载的方式来对不同类型的指针进行实例化从而解决了(void*)指针带来参数类型不明的问题，另外由于nullptr是明确的指针类型，所以不会与整型变量相混淆。但nullptr仍然存在一定问题，例如：

#include 
using namespace std;

void fun(char* p)
{
    cout<< "char* p" <
    cout<< "int* p" <
    cout<< "int p" <
    fun((char*)nullptr);//语句1
    fun(nullptr);//语句2
    fun(NULL);//语句3
    return 0;
}
//运行结果：
//语句1：char* p
//语句2:报错，有多个匹配
//3：int p

在这种情况下存在对不同指针类型的函数重载，此时如果传入nullptr指针，则仍然存在无法区分应实际调用哪个函数，这种情况下必须显式地指明参数类型。

智能指针是一个类，用来存储指向动态分配对象的指针，负责自动释放动态分配的对象，防止堆内存泄漏。动态分配的资源，交给一个类对象去管理，当类对象声明周期结束时，自动调用析构函数释放资源。

实现原理：采用引用计数器的方法，允许多个智能指针指向同一个对象，每当多一个指针指向该对象时，指向该对象的所有智能指针内部的引用计数加1，每当减少一个智能指针指向对象时，引用计数会减1，当计数为0的时候会自动的释放动态分配的资源。

• 智能指针将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数器跟踪共有多少个类对象共享同一指针
• 每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1
• 当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数
• 对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数
• 调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）

unique_ptr采用的是独享所有权语义，一个非空的unique_ptr总是拥有它所指向的资源。转移一个unique_ptr将会把所有权全部从源指针转移给目标指针，源指针被置为空；所以unique_ptr不支持普通的拷贝和赋值操作，不能用在STL标准容器中；局部变量的返回值除外（因为编译器知道要返回的对象将要被销毁）；如果你拷贝一个unique_ptr，那么拷贝结束后，这两个unique_ptr都会指向相同的资源，造成在结束时对同一内存指针多次释放而导致程序崩溃。

weak_ptr：弱引用。引用计数有一个问题就是互相引用形成环（环形引用），这样两个指针指向的内存都无法释放。需要使用weak_ptr打破环形引用。weak_ptr是一个弱引用，它是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是说，它只引用，不计数。如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引用该内存，内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的，在使用之前使用函数lock()检查weak_ptr是否为空指针。

举个例子说明一下：环形引用

struct A;
struct B;

struct A {
    std::shared_ptr pointer;
    ~A() {
        std::cout << "A 被销毁" << std::endl;
    }
};
struct B {
    std::shared_ptr pointer;
    ~B() {
        std::cout << "B 被销毁" << std::endl;
    }
};
int main() {
    auto a = std::make_shared();
    auto b = std::make_shared();
    a->pointer = b;
    b->pointer = a;
}

template
class SharedPtr
{
public:
    SharedPtr(T* ptr = NULL):_ptr(ptr), _pcount(new int(1))
    {}

    SharedPtr(const SharedPtr& s):_ptr(s._ptr), _pcount(s._pcount){
        (*_pcount)++;
    }

    SharedPtr& operator=(const SharedPtr& s){
        if (this != &s)
        {
            if (--(*(this->_pcount)) == 0)
            {
                delete this->_ptr;
                delete this->_pcount;
            }
            _ptr = s._ptr;
            _pcount = s._pcount;
            *(_pcount)++;
        }
        return *this;
    }
    T& operator*()
    {
        return *(this->_ptr);
    }
    T* operator->()
    {
        return this->_ptr;
    }
    ~SharedPtr()
    {
        --(*(this->_pcount));
        if (*(this->_pcount) == 0)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
            delete _pcount;
            _pcount = NULL;
        }
    }
private:
    T* _ptr;
    int* _pcount;//指向引用计数的指针,count共享
};