![](https://habrastorage.org/webt/zs/zt/fq/zsztfqf8ra5eia36uc5ealehhic.png)
В сентябре прошлого года профильный комитет ISO утвердил С++ 20 в качестве текущей версии международного стандарта. Предлагаю ознакомиться с самыми полезными и долгожданными изменениями нового стандарта.
Библиотека концепций C++
Библиотека определяет фундаментальные понятия, которые могут быть использованы для диспетчеризации функций и проверки аргументов шаблона во время компиляции, на основе свойств типов. Концепции нужны для того, чтобы можно было избежать логических противоречий между свойствами типов данных внутри шаблона и таковыми входных параметров. Концепция должна определяться в пределах пространства имен и имеет следующий вид.
template <список параметров>
concept concept-name = constraint-expression;
...
template <class T, class U>
concept Derived = std::is_base_of<U, T>::value;
Каждая концепция является предикатом, который оценивается при компиляции и становится частью интерфейса шаблона, где используется в качестве ограничения:
#include <string>
#include <cstddef>
#include <concepts>
template<typename T>
concept Sorter = requires(T a) {
{ std::hash<T>{}(a) } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};
struct asdf {};
template<Sorter T>
void f(T) {}
int main() {
using std::operators;
f(«abc»s); <i>// Верно, std::string удовлетворяет условиям Sorter</i>
<i>//f(asdf{}); // Ошибка: asdf не удовлетворяет условиям Sorter</i>
}
Вслед за директивами #include следует объявление концепции Sorter, которой удовлетворяет любой тип T такой, что для значений a типа T компилируется выражение std::hash{}(a), а его результат преобразуется в std::size_t. Если в main вызвать f(asdf), то получим вполне осмысленную ошибку компиляции.
main.cpp: In function 'int main()':
main.cpp:18:9: error: use of function 'void f(T) [with T = asdf]' with unsatisfied constraints
18 | f(asdf{}); <i>// Ошибка: asdf не удовлетворяет условиям Sorter</i>
| ^
main.cpp:13:6: note: declared here
13 | void f(T) {}
| ^
main.cpp:13:6: note: constraints not satisfied
main.cpp: In instantiation of 'void f(T) [with T = asdf]':
main.cpp:18:9: required from here
main.cpp:6:9: required for the satisfaction of 'Sorter<T>' [with T = asdf]
main.cpp:6:18: in requirements with 'T a' [with _Tp = asdf; T = asdf]
main.cpp:7:21: note: the required expression 'std::hash<_Tp>{}(a)' is invalid
7 | { std::hash<T>{}(a) } -> std::convertible_to<std::size_t>
| ~~~~~~~~~~~~~~^~~
cc1plus: note: set '-fconcepts-diagnostics-depth=' to at least 2 for more detail
Еще компилятор преобразует концепцию, как и requires-expression в значение типа bool и затем они могут использоваться как простое значение, например, в if constexpr.
template<typename T>
concept Meshable = requires(T a, T b)
{
a + b;
};
template<typename T>
void f(T x)
{
if constexpr(Meshable<T>){ <i>/*...*/</i> }
else if constexpr(requires(T a, T b) { a + b; }){ <i>/*...*/</i> }
}
Requires-expression
Новое ключевое слово в C++20 существует в двух значениях: requires clause и requires-expression. Несмотря на значительную полезную нагрузку, эта двойственность requires приводит к путанице.
В requires-expression используется тип bool, код в фигурных скобках вычисляется при компиляции. Если выражение корректно requires-expression возвращает true, иначе — false. Первая странность заключается в том, что код в фигурных скобках должен быть написан на специально придуманном языке, не на C++.
template<typename T>
constexpr bool Movable = requires(T i) { i>>1; };
bool b1 = Movable<int>; <i>// true</i>
bool b2 = Movable<double>; <i>// false</i>
Главный сценарий использования <i>requires-expression</i> состоит в создании концепций, просто проверить наличие нужных полей и методов внутри типа.
template <typename T>
concept Vehicle =
requires(T v) { <i>// любая переменная m из концепции Vehicle</i>
v.start(); <i>// обязательно должна обладать `v.start()`</i>
v.stop(); <i>// и `v.stop()`</i>
};
Однако, у requires-expression есть и другие применения. Часто необходимо проверить, обеспечивает ли данный набор параметров шаблона требуемый интерфейс: свободные функции, функции-члены, связанные типы и т. д.
template <typename T>
void smart_swap(T& a, T& b)
{
constexpr bool have_element_swap = requires(T a, T b){
a.swap(b);
};
if constexpr (have_element_swap) {
a.swap(b);
}
else {
using std::swap;
swap(a, b);
}
}
Requires clause
Чтобы действительно что-то ограничить, нам нужен requires clause. Его можно применять к любой шаблонной декларации, или не-шаблонной функции, чтобы выявить является ли та видимой в определенном контексте. Основная польза от requires clause в том, его использование позволяет забыть о SFINAE и прочих странных обходных решениях шаблонов C++.
template<typename T>
void f(T&&) requires Eq<T>;
template<typename T> requires Dividable<T>
T divide(T a, T b) { return a/b; }
В декларации requires clause возможно использование нескольких предикатов, объединенных логическими операторами && или ||.
template <typename T>
requires is_standard_layout_v<T> && is_trivial_v<T>
void fun(T v);
int main()
{
std::string s;
fun(1); <i>// верно</i>
fun(s); <i>// ошибка компиляции</i>
}
Из-за двойственной сути ключевого слова requires могут возникать ситуации с эталонным неудобочитаемым кодом.
template<typename T>
requires Sumable<T>
auto f1(T a, T b) requires Subtractable<T>; <i>// Sumable<T> && Subtractable<T></i>
auto l = []<typename T> requires Sumable<T>
(T a, T b) requires Subtractable<T>{};
template<typename T>
requires Sumable<T>
class C;
template<typename T>
requires requires(T a, T b) {a + b;}
auto f4(T x);
То самое requires requires, первое знамением clause, второе же — expression.
Модули
В C++ проглядывается долгосрочная тенденция, которая выражена в постепенном исключении препроцессора. Считается, что это избавит от целого ряда трудностей:
- заголовки, зависящие от порядка включения;
- утечка макросов из заголовочных файлов;
- повторная компиляция одного и того же кода;
- циклические зависимости;
- плохая инкапсуляция деталей реализации.
Так например source_location заменяет один из наиболее часто используемых макросов, а consteval — макрофункции. Новый способ разделения исходного кода использует модули и призван полностью заменить все директивы #include.
Вот как выглядит модульный Hello World!..
<i>//module.cpp</i>
export module speech;
export const char* get_phrase() {
return «Hello, world!»;
}
<i>//main.cpp</i>
import speech;
import <iostream>;
int main() {
std::cout << get_phrase() << '\n';
}
Сопрограммы
Сопрограммой называется функция, которая может остановить выполнение, чтобы быть возобновлённой позже. Такая функция не имеет стека, она приостанавливает выполнение, возвращаясь к вызывающей инструкции. C++ 20 предоставляет практически самый низкоуровневый API, оставляя все прочее на усмотрение пользователя.
Функция является сопрограммой, если в её определении используется одно из следующих действий.
- оператор co_await для приостановки выполнения до возобновления;
task<> tcp_echo_server() {
char data[1024];
for (;;) {
size_t n = co_await socket.async_read_some(buffer(data));
co_await async_write(socket, buffer(data, n));
}
}
- ключевое слово co_yield для приостановки выполнения, возвращающего значение;
generator<int> iota(int n = 0) {
while(true)
co_yield n++;
}
- ключевое слова co_return для завершения выполнения, возвращающего значение.
lazy<int> f() {
co_return 7;
}
Сопрограммы не могут использовать простые операторы return, типы auto, или Concept и переменные аргументы.
Оператор KK
В C++ 20 появился оператор трехстороннего сравнения <=> и сразу получил прозвище spaceship operator, что означает оператор космический корабль. Данный оператор для двух переменных a и b определяет одно из трех: a > b, a=b или a < b. Оператор <=> можно задать самостоятельно, или компилятор автоматически создаст его для вас.
Проще всего понять на примере для чего именно нужен новый оператор трехстороннего сравнения.
#include <set>
struct Data
{
int i;
int j;
bool operator<(const Data& rhs) const {
return i < rhs.i || (i == rhs.i && j < rhs.j);
}
};
int main()
{
std::set<Data> d;
d.insert(Data{ 1,2 });
}
Возникает такое впечатление, что многовато кода bool operator<… для простого оператора ради того, чтобы не возникло ошибок компиляции. Ну, а если нужны и другие операторы: >, ==, ≤, ≥ неудобно каждый раз выводить весь этот блок. Теперь же благодаря оператору <=> то же самое мы получаем более простым способом.
Обратите внимание, что нам понадобился дополнительный заголовочный файл, поэтому #include . На самом деле мы получили больше, чем запрашивали, так как теперь мы можем использовать разом все операторы сравнения, а не только <.
#include <set>
#include <compare>
struct Data
{
int i;
int j;
auto operator<=>(const Data& rhs) const = default;
};
int main()
{
Data d1{ 1, 4 };
Data d2{ 3, 2 };
d1 == d2;
d1 < d2;
d1 <= d2;
std::set<Data> d;
d.insert(Data{ 1,2 });
}
Наши серверы можно использовать для тестирования и продакшена на плюсах.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
![](https://habrastorage.org/webt/et/1a/yp/et1aypandyuamqprsz3m2ntm4ky.png)