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1. 统一的列表初始化

1.1 ｛｝初始化

在C++98中，标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。比如：

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int array1[] = { 1,2,3,4,5 };int array2[5] = { 0 };Point p = { 1,2 };return 0;
}

C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号(=)，也可不添加。

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int x1 = 1;//建议用这个//下面的两种初始化方式都不推荐int x2 = { 2 };int x3{ 3 };//注意：上面的这些语法只支持定义的时候初始化，像已经定义的变量x3{3}这样操作是非法的int array1[] = { 1,2,3,4,5 };//建议用这个//下面的两种初始化方式都不推荐int array2[]{ 1,2,3,4,5 };int array4[5]{ 0 };Point p1 = { 1,2 };Point p2{ 1,2 };// C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中int* pa = new int[5]{ 1,2,3,4,5 };return 0;
}

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化：

class Date
{
public:Date(int year, int month, int day):_year(year), _month(month), _day(day){cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1(2022, 1, 1);Date d2 = { 2022, 1, 2 };Date d3{ 2022, 1, 3 };//注意：上面的三种初始化方式都调用了构造函数Date* p1 = new Date(2022, 1, 1);Date* p2 = new Date[]{ {2022, 1, 1},{2022, 1, 2},{2022, 1, 3} };return 0;
}

上面的这种初始化方式还支持对容器的初始化：

int main()
{vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v2{ 1,2,3,4,5 };vector<Date> v3 = { {2022, 1, 1},{2022, 1, 2}, {2022, 1, 3} };vector<Date> v4{ {2022, 1, 1},{2022, 1, 2}, {2022, 1, 3} };list<int> l1 = { 1,2,3,4,5 };list<int> l2{ 1,2,3,4,5 };list<Date> l3 = { {2022, 1, 1},{2022, 1, 2}, {2022, 1, 3} };list<Date> l4{ {2022, 1, 1},{2022, 1, 2}, {2022, 1, 3} };set<int> s1 = { 1,1,2,4,7,4,8 };map<string, string> m1 = { {"string", "字符串"}, {"left", "左边"}, {"right", "右边"} };return 0;
}

2.2 std::initializer_list

std::initializer_list的介绍文档：

initializer_list

代码测试：

int main()
{auto il = { 1, 2, 3 };cout << typeid(il).name() << endl;return 0;
}

运行截图：

使用迭代器对其进行遍历：

int main()
{auto il = { 1, 2, 3 };for (auto e : il)//范围for的底层就是迭代器实现的{cout << e << " ";}return 0;
}

运行截图：

std::initializer_list使用场景：

std::initializer_list一般是作为构造函数的参数，C++11对STL中的不少容器就增加 std::initializer_list作为参数的构造函数，这样初始化容器对象就更方便了。也可以作为operator= 的参数，这样就可以用大括号赋值。

通过上面的这种方式，我们也能使自己模拟实现的vector像库种的容器一样支持统一的列表初始化的方式：

让模拟实现的vector也支持{}初始化和赋值

myvector(std::initializer_list<T> l):_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstorage(nullptr)
{for (auto e : l){push_back(e);}
}

myvector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
v = {1, 2, 3};

注意：此时如果我们执行上面的语句，上面的语句是先使用{1, 2, 3}构造出一个myvector对象来，然后使用赋值运算符重载，将构造出的对象赋值给v。

注意：在()内，只有两种写法：

• initializer_list<T> l
• const initializer_list<T>& l

问：为什么Date就不需要像上面一样自己写构造函数？

答：Date的写法，是由下面的写法演变过来的（C++98支持的）：

class A
{int _a;
};
int main()
{A aa= 1;//隐式类型转换 + 优化 （用1去构造一个临时对象，再用临时对象去拷贝构造aa对象，优化之后就是直接构造）return 0;
}

C++11对上面的写法进行了拓展：

class Date
{int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d = {2022, 1, 1};return 0;
}

这个过程也是隐式类型转换 + 优化（类似单参数）。

2. 声明

c++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

2.1 auto

在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型推断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

2.2 decltype

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

注意：typeid(X).name()和decltype(X)的区别 就是前者只能返回类型的字符串，但是我们可以使用后者声明并定义变量。

// decltype的一些使用使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{decltype(t1 * t2) ret;cout << typeid(ret).name() << endl;
}int main()
{const int x = 1;double y = 2.2;decltype(x * y) ret;//ret的类型是doubledecltype(&x) p;//p的类型是int*cout << typeid(ret).name() << endl;cout << typeid(p).name() << endl;F(1, 'a');return 0;
}

执行结果：

2.3 nullptr

由于C++中NULL被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示 整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

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

3. 范围for

前面已经了解过。

4. 智能指针

后面单独自成章节。

5. STL中一些变化

新容器

用红色框起来是C++11中的一些几个新容器，但是实际最有用的是unordered_map和 unordered_set。

array

array(静态数组)：和普通数组相比唯一的优势就是有越界访问安全检查，存储的位置在栈上。

forward_list

forward_list(单链表)：相比list唯一的优势就是节省一点空间。

容器中的一些新方法

如果我们再细细去看会发现基本每个容器中都增加了一些C++11的方法，但是其实很多都是用得 比较少的。

比如提供了cbegin和cend方法返回const迭代器等等，但是实际意义不大，因为begin和end也是 可以返回const迭代器的，这些都是属于锦上添花的操作。

实际上C++11更新后，容器中增加的新方法最后用的插入接口函数的右值引用版本：

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/emplace_back/

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/

http://www.cplusplus.com/reference/map/map/insert/

http://www.cplusplus.com/reference/map/map/emplace/

注意：除了上面的一些变化外，C++11中的容器还增加了通过{}进行拷贝构造的方式还有移动构造移动赋值的方法。

6. 右值引用和移动语义

6.1 左值引用和右值引用

传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性，所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

什么是左值？什么是左值引用？

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址，所以const修饰的变量也是左值。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

int main()
{// 以下的p、b、c、*p都是左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = 2;// 以下几个是对上面左值的左值引用int*& rp = p;int& rb = b;const int& rc = c;int& pvalue = *p;return 0;
}

什么是右值？什么是右值引用？

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

注意：左值和右值最大的区别就是左值可以被取地址，但是右值是不能被取地址的。

int main()
{double x = 1.1, y = 2.2;//以下几个就是常见的右值10;x + y;fmin(x, y);//以下几个都是对右值的右值引用int&& rr1 = 10;double&& rr2 = x + y;double&& rr3 = fmin(x, y);//下面的这些编译会报错：error C2106："="：左操作符必须为左值10 = 1;x + y = 1;fmin(x, y) = 1;return 0;
}

需要注意的是右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置（具体存储在哪看编译器的具体实现，在VS中存储位置位于栈区上），且可以取到该位置的地址，也就是说例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1去引用，这个了解一下，实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要。

int main()
{int&& rr1 = 10;rr1 = 20;const int&& rr2 = 20;rr2 = 10;//因为类型是const int&&，所以不能进行修改，此处的程序会报错return 0;
}

右值的分类

• 纯右值：10、a + b
• 将亡值：string(“111111”)（匿名对象）、to_string(1234)（返回的临时对象）、s1 + “hello” -> 自定义类型的对象

注意：对左值进行move之后，左值将会变成将亡值（左值属性将变成右值属性，进行拷贝的时候可以掠夺它的资源了），例如：move(s1)此时s1将会变成将亡值。

6.2 左值引用与右值引用比较

左值引用总结：

1. 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
2. 但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值。

int main()
{// 左值引用只能引用左值，不能引用右值int a = 10;int& ra1 = a;//ra为a的别名//int& ra2 = 10; //编译失败，因为10是右值//const引用既可以引用左值，也可以引用右值const int& ra3 = 10;const int& ra4 = a;return 0;
}

右值引用总结：

1. 右值引用只能右值，不能引用左值。
2. 但是右值引用可以引用move以后的左值。

int main()
{int&& a = 10;int x = 20;int&& b = x;//右值不能引用左值，编译器会报错//error C2440:"初始化"：无法从"int"转换为"int &&"int&& x = move(x);//右值引用可以引用move以后的左值return 0;
}

左值引用和右值引用的深拷贝

左值引用的深拷贝：拷贝构造/拷贝赋值

右值引用的深拷贝：移动构造/移动赋值

6.3 右值引用使用场景和意义

前面我们可以看到左值引用既可以引用左值和又可以引用右值，那为什么C++11还要提出右值引用呢？是不是画蛇添足呢？下面我们来看看左值引用的短板，右值引用是如何补齐这个短板的！

namespace Test
{class string{public:typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}string(const char* str = ""):_size(strlen(str)), _capacity(_size){//cout << "string(char* str)" << endl;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}// s1.swap(s2)void swap(string& s){::swap(_str, s._str);::swap(_size, s._size);::swap(_capacity, s._capacity);}// 拷贝构造string(const string& s):_str(nullptr){cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;string tmp(s._str);swap(tmp);}// 赋值重载string& operator=(const string& s){cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;string tmp(s);swap(tmp);return *this;}// 移动构造string(string&& s)//通过右值进行构造时就会匹配这个函数：纯右值和将亡值:_str(nullptr), _size(0), _capacity(0){cout << "string(string&& s) -- 资源转移：移动构造" << endl;swap(s);//资源转移}// 移动赋值string& operator=(string&& s){cout << "string& operator=(string&& s) -- 资源转移：移动赋值" << endl;swap(s);return *this;}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){if (_size >= _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;++_size;_str[_size] = '\0';}//string operator+=(char ch)string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}const char* c_str() const{return _str;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0};Test::string to_string(int value){Test::string str;//......return str;//此时也会通过移动构造进行资源转移}
}int main()
{Test::string s1("hello world");Test::string s2(s1);//深拷贝Test::string s3(move(s1));//转移将亡值的资源Test::string s4;s4 = move(s1);return 0;
}

运行截图：

左值引用的使用场景：

做参数和做返回值都可以提高效率，防止进行拷贝构造。

void func1(Test::string s)
{}
void func2(const Test::string& s)
{}
int main()
{Test::string s1("hello world");// func1和func2的调用我们可以看到左值引用做参数减少了拷贝，提高效率的使用场景和价值func1(s1);func2(s1);// string operator+=(char ch) 传值返回存在深拷贝// string& operator+=(char ch) 传左值引用没有拷贝提高了效率s1 += '!';return 0;
}

左值引用的短板：

但是当函数返回对象是一个局部变量，出了函数作用域就不存在了，就不能使用左值引用返回， 只能传值返回。例如：Test::string to_string(int value)函数中可以看到，这里只能使用传值返回， 传值返回会导致至少1次拷贝构造(如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷贝构造)。

常见的左值引用短板：后置++运算符重载，to_string()，string的+运算符重载等等。这些场景只能传值返回，左值引用无法解决问题。

C++98：

有了移动构造之后（C++11）：

注意：在C++11中的容器内，也有了自己的swap函数，因为库中的swap要进行一次拷贝构造：

所以C++11中为自己的容器提供了swap函数，同时如果容器没有提供自己的swap函数，那么C++11也为

问：有人说移动构造将对象的生命周期延长了，这种说法是否正确？

答：这种说法是错误的，对象的生命周期并没有得到延长，延长的是资源的生命周期。

在Test::string中增加移动构造和移动赋值，移动构造的本质就是将参数右值的资源窃取过来，占为已有，那么就不用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己。

移动构造的使用场景：

Test::string ret = Test::to_string(1234);

运行截图：

其实不仅有移动构造，还有移动赋值，在Test::string类中增加移动赋值函数，再去调用Test::to_string(1234)，不过这次是将 Test::to_string(1234)返回的右值对象赋值给ret1对象，这时调用的是移动构造。

移动赋值的使用场景：

Test::string ret1;
ret1 = Test::to_string(1234);

运行截图：

to_string(1234)是一次移动构造，赋值的过程中是一次移动赋值。

STL中的容器都是增加了移动构造和移动赋值：

http://www.cplusplus.com/reference/string/string/string/

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/

6.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析

按照语法，右值引用只能引用右值，但右值引用一定不能引用左值吗？因为：有些场景下，可能真的需要用右值去引用左值实现移动语义。当需要用右值引用引用一个左值时，可以通过move 函数将左值转化为右值。C++11中，std::move()函数位于头文件中，该函数名字具有迷惑性， 它并不搬移任何东西，唯一的功能就是将一个左值强制转化为右值引用，然后实现移动语义。

template<class _Ty>
inline typename remove_reference<_Ty>::type&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{// forward _Arg as movablereturn ((typename remove_reference<_Ty>::type&&)_Arg);
}

int main()
{Test::string s1("hello world");// 这里s1是左值，调用的是拷贝构造Test::string s2(s1);// 这里我们把s1 move处理以后, 会被当成右值，调用移动构造// 但是这里要注意，一般是不要这样用的，因为我们会发现s1的// 资源被转移给了s3，s1被置空了。Test::string s3(std::move(s1));return 0;
}

STL容器插入接口函数也增加了右值引用版本：

http://www.cplusplus.com/reference/list/list/push_back/

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/

值得注意的是：容器的push_back接口函数也通过右值引用提高了效率：

代码：

int main()
{list<Test::string> lt;Test::string s1("1111");// 这里调用的是拷贝构造lt.push_back(s1);// 下面调用都是移动构造lt.push_back("2222");lt.push_back(std::move(s1));return 0;
}

运行截图：

如果我们只是为了插入，我们更加推荐使用lt.push_back("2222")的这种方式。

6.5 完美转发

模板中的&& 万能引用

代码：

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
// 模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。
// 模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力，
// 但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值，
// 我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性, 就需要用我们下面学习的完美转发
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{Fun(t);
}
int main()
{PerfectForward(10);           // 右值int a;PerfectForward(a);            // 左值PerfectForward(std::move(a)); // 右值const int b = 8;PerfectForward(b);      // const 左值PerfectForward(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

截图：

此时出现了折叠现象，无论我们传的参数是左值还是右值，最终都退化成了左值。

问：为什么会出现这种情况？

答：T&& t当引用左值的时候，那么t肯定就是左值，当T&& t引用右值的时候，右值引用本身也是左值，能被取地址，所以都退化成了左值，换句话说，只有(const)左值引用既能引用左值，又能引用右值。

std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性

// std::forward<T>(t)在传参的过程中保持了t的原生类型属性。
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{Fun(std::forward<T>(t));
}

运行截图：

可以看到，此时就完美保留了参数的属性。

问：这个地方有什么用处呢？

答：例如可以在下面这个地方使用：

list_node(T&& val):_data(std::forward<T>(val))
{}void Insert(const T&& t)
{//......std::forward<T>(t)
}
void push_back(const T&& t)
{Insert(end(), std::forward<T>(t));
}

在上面这个地方就可以使用完美转发，无论是右值还是左值都能被push_back，且都不会发生深拷贝。

7. 新的类功能

默认成员函数

原来C++类中，有6个默认成员函数：

1. 构造函数
2. 析构函数
3. 拷贝构造函数
4. 拷贝赋值重载
5. 取地址重载
6. const 取地址重载

最后重要的是前4个，后两个用处不大。默认成员函数就是我们不写编译器会生成一个默认的。

C++11 新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符重载。

针对移动构造函数和移动赋值运算符重载有一些需要注意的点如下：

• 如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个（成员变量有在堆上开辟的空间）。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类 型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造， 如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。
• 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中 的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。(默认移动赋值跟上面移动构造完全类似)
• 如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。

class Person
{
private:Test::string _name;
};
int main()
{Person p1;Person p2 = p1;Person p3 = std::move(p1);Person p4;p4 = std::move(p3);return 0;
}

运行截图：

类成员变量初始化

C++11允许在类定义时给成员变量初始缺省值，默认生成构造函数会使用这些缺省值初始化。

class Person
{
private:int _age = 0;
};

强制生成默认函数的关键字default

C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成。

class Person
{
public:Person(const char* name = "", int age = 0):_name(name), _age(age){}Person(const Person& p):_name(p._name), _age(p._age){}Person(Person&& p) = default;
private:bit::string _name;int _age;
};
int main()
{Person s1;Person s2 = s1;Person s3 = std::move(s1);return 0;
}

此处需要注意下面的一个情况：

class Person
{
public:Person(Person&& p) = default;
private:Test::string _name;
};
int main()
{Person p1;Person p3 = std::move(p1);Person p4;p4 = std::move(p3);return 0;
}

移动拷贝构造函数也是构造函数，一旦我们显式提供了，编译器就无法显式生成默认的构造函数了，即使此处我们是让编译器默认生成移动构造函数。

同样的，下面的写法也会出问题：

class Person
{
public:Person(Person& p) = default;
private:Test::string _name;
};
int main()
{Person p1;return 0;
}

编译器会报没有默认的构造函数可以使用。

禁止生成默认函数的关键字delete

如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁，这样只要其他人想要调用就会报错。在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即 可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。

class Person
{
public:Person() = delete;
private:Test::string _name;
};

此时Person对象已经不能再实例化，并且Person的构造函数也不能被显式写出来。

继承和多态中的final与override关键字

在类和对象中已经了解过。

8. 可变参数模板

C++11的新特性可变参数模板能够让您创建可以接受可变参数的函数模板和类模板，相比 C++98/03，类模版和函数模版中只能含固定数量的模版参数，可变模版参数无疑是一个巨大的改进。然而由于可变模版参数比较抽象，使用起来需要一定的技巧，所以这块还是比较晦涩的。现阶段，我们掌握一些基础的可变参数模板特性就够我们用了。

下面就是一个基本可变参数的函数模板

// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包
// 声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}

下面的代码可以获取模板参数包有几个：

template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{cout << sizeof...(args) << endl;//输出模板参数有几个
}

上面的参数args前面有省略号，所以它就是一个可变模版参数，我们把带省略号的参数称为“参数包”，它里面包含了0到N（N>=0）个模版参数。我们无法直接获取参数包args中的每个参数的， 只能通过展开参数包的方式来获取参数包中的每个参数，这是使用可变模版参数的一个主要特点，也是最大的难点，即如何展开可变模版参数。由于语法不支持使用args[i]这样方式获取可变 参数，所以我们的用一些奇招来一一获取参数包的值。

展开参数包的两种方式

递归函数方式展开参数包

代码：

//递归函数方式展开参数包//只有一个参数的时候调用这个
template<class T>
void ShowList(const T& val)
{cout << val << endl;
}template <class T, class ...Args>
void ShowList(const T& val, Args... args)
{cout << val << endl;ShowList(args...);
}int main()
{ShowList(1, 'z', 3, 4, 'a', "abc");return 0;
}

运行截图：

当然，上面的程序也可以像下面这样写：

//0个参数的时候进入这个函数
void ShowList()
{}template <class T, class ...Args>
void ShowList(const T& val, Args... args)
{cout << val << endl;ShowList(args...);
}

问：下面的程序是否可以？

template <class T, class ...Args>
void ShowList(const T& val, Args... args)
{cout << val << endl;if (sizeof...(args) == 0)return;ShowList(args...);
}

答：不可以。因为刚才编译器在推断程序能够继续运行是在编译的时候进行推断的，而不是在运行时推断的，而

if (sizeof...(args) == 0)return;

这个是运行时才会执行的。

逗号表达式展开参数包

这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，是直接在expand函数体中展开的, printarg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种就地展开参数包的方式实现的关键是逗号表达式。我们知道逗号表达式会按顺序执行逗号前面的表达式。

expand函数中的逗号表达式：(printarg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行 printarg(args)，再得到逗号表达式的结果0。同时还用到了C++11的另外一个特性——初始化列表，通过初始化列表来初始化一个变长数组, {(printarg(args), 0)…}将会展开成((printarg(arg1),0), (printarg(arg2),0), (printarg(arg3),0), etc… )，最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof…(Args)]。由于是逗号表达式，在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分printarg(args) 打印出参数，也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了，这个数组的目的纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包

template <class T>
void PrintArg(T t)
{cout << t << " ";
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{int arr[] = { (PrintArg(args), 0)... };cout << endl;
}

当然，我们也可以像下面这样写：

template <class T>
int PrintArg(T t)
{cout << t << " ";return 0;
}
//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{int arr[] = { PrintArg(args)...};cout << endl;
}

STL容器中的empalce相关接口函数

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/emplace_back/

http://www.cplusplus.com/reference/list/list/emplace_back/

template <class... Args>
void emplace_back (Args&&... args);

首先我们看到的emplace系列的接口，支持模板的可变参数，并且万能引用。那么相对insert和 emplace系列接口的优势到底在哪里呢？

int main()
{std::list< std::pair<int, char> > mylist;// emplace_back支持可变参数，拿到构建pair对象的参数后自己去创建对象// 那么在这里我们可以看到除了用法上，和push_back没什么太大的区别mylist.emplace_back(10, 'a');//保证了底层一定是右值，拿参数直接调用pair的构造，即不再调用移动构造了mylist.emplace_back(20, 'b');mylist.emplace_back(make_pair(30, 'c'));mylist.push_back(make_pair(40, 'd'));mylist.push_back({ 50, 'e' });//先构造一个pair对象，再进行移动构造for (auto e : mylist)cout << e.first << ":" << e.second << endl;return 0;
}

下面的代码进行验证：

int main()
{// 下面我们试一下带有拷贝构造和移动构造的T::string，再试试呢// 我们会发现其实差别也不到，emplace_back是直接构造了，push_back// 是先构造，再移动构造，其实也还好。std::list< std::pair<int, Test::string> > mylist;mylist.emplace_back(10, "sort");mylist.emplace_back(make_pair(20, "sort"));mylist.push_back(make_pair(30, "sort"));//调用了一次移动构造mylist.push_back({ 40, "sort" });//调用了一次移动构造return 0;
}

运行截图：

前面两者是直接构造一个pair对象然后插入到list后，后面两者是构造pair对象后，然后移动构造，然后再插入到list后。

9.lambda表达式

9.1 C++98中的一个例子

#include <algorithm>
#include <functional>
int main()
{int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };// 默认按照小于比较，排出来结果是升序std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());return 0;
}

如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则，使用仿函数。

struct Goods
{string _name;  // 名字double _price; // 价格int _evaluate; // 评价Goods(const char* str, double price, int evaluate):_name(str), _price(price), _evaluate(evaluate){}
};
struct ComparePriceLess
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price < gr._price;}
};
struct ComparePriceGreater
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price > gr._price;}
};
int main()
{vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法， 都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名， 这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式。

9.2 lambda表达式

int main()
{vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price; });sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price > g2._price; });sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate < g2._evaluate; });sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate > g2._evaluate; });
}

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数。

面试常问：

lambda定义了一个可调用的匿名函数对象，一般定义在局部，使用较为便捷，可以直接捕捉前面出现的所有的局部变量，捕捉的方式有两种，一种是值捕捉，另一种方式是引用捕捉。

问：lambda是否可以替代仿函数？

答：不可以，仿函数既可以传类型，也可以传对象，但是lambda只能传对象。

9.3 lambda表达式语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

1. lambda表达式各部分说明
   • [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来 判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda 函数使用。
   • (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，则可以 连同()一起省略
   • mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量 性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。
   • ->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
   • {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

注意：

在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

int main()
{//捕捉列表  参数 [mutable] ->返回值类型  函数体//一般是局部匿名函数，当然，也可以写到全局//最简单的lambda表达式，该lambda表达式没有任何意义[] {};//省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为intint a = 3;int b = 4;[] {return 1 + 2; };//省略了返回值类型，无返回值类型，返回值自动推导auto fun1 = [](int c) { c += 10; return c ; };//注意：如果省略了返回值，那么->就不能再加了，即->返回值类型必须同时出现cout  << fun1(10) << endl;//输出结果为20//各部分都很完善的lambda函数auto Add = [](int a, int b)->int {return a + b; };cout << Add(1, 2) << endl;//输出结果为3//捕捉列表int x = 10;int y = 20;auto Add2 = [x, y]()->int{return x + y; };//捕捉外部的局部变量x和yauto Add3 = [=]()->int {return  x + y; };//[=]:传值全部捕捉//注意：上面的捕捉相当于是值拷贝，下面的无法完成交换的目的auto Swap = [](int x, int y) { int tmp = x; x = y; y = tmp; };Swap(x, y);//注意：捕捉列表中捕捉到的并不是值本身，而是发生的值拷贝（相当于是一个传参），并且是一个const常量值，无法修改//所以下面的代码会报错//auto Swap1 = [x, y]()->void(int tmp = x; x = y; y = tmp;);//如果想要去除捕捉过到的常量的const属性，就可以添加mutableauto Swap2 = [x, y]()mutable->void{int tmp = x; x = y; y = tmp; };//下面的代码就可以实现对x和y的交换：用引用的方式捕捉auto Swap3 = [&x, &y]()->void {int tmp = x; x = y; y = tmp; };[&]()->void {};//&:传引用全部捕捉，可以捕捉外面当前域中前面出现的所有的变量的引用（后面的就无法捕捉了，如果可以就违背了顺序执行的原则了）int m = 10;//当然，我们可以混合使用，比如[&, m]：对前面出现的除了m意外的所有局部变量使用引用捕捉的方式，m使用值捕捉的方式// [=, &ret]：对前面出现的除了m意外的所有局部变量使用值捕捉的方式，ret使用引用捕捉的方式//注意：单独列出来的捕捉的优先级大于全部捕捉的优先级，且不能出现[m, &m]（出现两个m）的情况，但是可以出现[&, m]或者[=, &m]的情况return 0;
}

通过上述例子可以看出，lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。

2. 捕获列表说明

   捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。

   • [var]：表示值传递方式捕捉变量var
   • [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
   • [&var]：表示引用传递捕捉变量var
   • [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
   • [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

   注意：

   • a. 父作用域指包含lambda函数的语句块

   • b. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。

     比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量 [&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量

   • c. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。 比如：[a, &a]：a已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉&a重复

   • d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。

   • e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。

   • f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

     void (*PF)();
     int main()
     {auto f1 = []() {cout << "hello world" << endl; };auto f2 = []() {cout << "hello world" << endl; };//f1 = f2;//此处编译器会报错// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本auto f3(f2);f3();//可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针，一般不建议这样用PF = f2;PF();return 0;
     }
     

9.4 函数对象与lambda表达式

函数对象，又称为仿函数，即可以像函数一样使用的对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象。

class Rate
{
public:Rate(double rate) : _rate(rate){}double operator()(double money, int year){return money * _rate * year;}
private:double _rate;
};
int main()
{// 函数对象double rate = 0.49;Rate r1(rate);r1(10000, 2);// lamberauto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;};r2(10000, 2);return 0;
}

从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样。

函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到。

结论：lambda表达式的底层其实就是仿函数对象。

问：lambda以及后面的这一串字符串是什么？

答：后面的这一串字符串是UUID。lambda_xxxxx就是lambda类类型的名称。

下面可以证明lambda_xxxxx是类类型的名称：

同时，这也是为什么f1和f2之间不能相互赋值的原因：

每个lambda都会被转换成一个仿函数类型：lambda+UUID

int main()
{auto f1 = []() {cout << "hello world" << endl; };auto f2 = []() {cout << "hello world" << endl; };cout << typeid(f1).name() << endl;cout << typeid(f2).name() << endl;return 0;
}

运行截图：

9.5 lambda的用途

• 仿函数
• 捕捉父作用域的局部变量

10. 包装器

function包装器

function包装器也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。

为什么需要包装器？

ret = func(x);
// 上面func可能是什么呢？那么func可能是函数名？函数指针？函数对象(仿函数对象)？也有可能是lamber表达式对象？所以这些都是可调用的类型！如此丰富的类型，可能会导致模板的效率低下！为什么呢？我们继续往下看
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}
double f(double i)
{return i / 2;
}
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};
int main()
{//三种可调用类型的对象：// 1. 函数名cout << useF(f, 11.11) << endl;// 2. （仿）函数对象cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;// 3. lamber表达式cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;return 0;
}

注意：上面的三种可调用类型的对象代码在调用的时候会实例化成三份，同时形成三个static对象（地址不同）。

这也是下面执行结果的原因：

通过上面的程序验证，我们会发现useF函数模板实例化了三份。

包装器可以很好的解决上面的问题

std::function在头文件<functional>
// 类模板原型如下
template <class T> function;     // undefined
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;
模板参数说明：
Ret: 被调用函数的返回类型
Args…：被调用函数的形参

#include <functional>
int f(int a, int b)
{return a + b;
}
struct Functor
{
public:int operator() (int a, int b){return a + b;}
};
class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{//1.包装函数std::function<int(int, int)> func1 = f;cout << func1(1, 2) << endl;//2.包装仿函数对象std::function<int(int, int)> func2 = Functor();cout << func2(1, 2) << endl;//3.包装lambda表达式std::function<int(int, int)> func3 = [](int a, int b)->int {return a + b; };cout << func3(1, 2) << endl;//4.包装没有this指针的static成员函数std::function<int(int, int)> func4 = &Plus::plusi;//此处在plusi的前面可以加&，也可以不加:&Plus::plusicout << func4(1, 2) << endl;//5.包装有this指针的非static成员函数//注意：非静态的成员函数必须在前面加&std::function<double(Plus, double, double)> func5 = &Plus::plusd;cout << func5(Plus(), 1.1, 2.2) << endl;return 0;
}

有了包装器，如何解决模板的效率低下，实例化多份的问题呢？

#include <functional>
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}
double f(double i)
{return i / 2;
}
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};
int main()
{// 函数名std::function<double(double)> func1 = f;cout << useF(func1, 11.11) << endl;// 函数对象std::function<double(double)> func2 = Functor();cout << useF(func2, 11.11) << endl;// lamber表达式std::function<double(double)> func3 = [](double d)->double { return d / 4; };cout << useF(func3, 11.11) << endl;return 0;
}

运行截图：

包装器的其他一些场景：

https://leetcode-cn.com/problems/evaluate-reverse-polish-notation/submissions/

代码：

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<long long> st;map<string, std::function<long long(long long, long long)>> opFunc = {{"+", [](long long x, long long y){return x + y;}},{"-", [](long long x, long long y){return x - y;}},{"*", [](long long x, long long y){return x * y;}},{"/", [](long long x, long long y){return x / y;}}};for(auto str : tokens){if(opFunc.count(str))//操作符{long long right = st.top();st.pop();long long left = st.top();st.pop();st.push(opFunc[str](left, right));}else //操作数{st.push(stoll(str));}}return st.top();}
};

bind

std::bind函数定义在头文件中，是一个函数模板，它就像一个函数包装器(适配器)，接受一个可调用对象（callable object），生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。一般而言，我们用它可以把一个原本接收N个参数的函数fn，通过绑定一些参数，返回一个接收M个（M 可以大于N，但这么做没什么意义）参数的新函数。同时，使用std::bind函数还可以实现参数顺 序调整等操作。

可以将bind函数看作是一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对 象来“适应”原对象的参数列表。

调用bind的一般形式：auto newCallable = bind(callable,arg_list);

其中，newCallable本身是一个可调用对象，arg_list是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的 callable的参数。当我们调用newCallable时，newCallable会调用callable,并传给它arg_list中 的参数。

arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是“占位符”，表示 newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的“位置”。数值n表示生成的可调用对 象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数，以此类推。

#include<functional>
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(1,2);
}
int f(int a, int b)
{return a + b;
}
struct Functor
{
public:int operator() (int a, int b){return a + b;}
};
class Plus
{
public:Plus(int x = 2):_x(x){}static int plusi(int a, int b){return a + b;}int plusd(int a, int b){return (a + b)*_x;}
private:int _x;
};int main()
{//1.包装函数std::function<int(int, int)> func1 = f;cout << func1(1, 2) << endl;//2.包装仿函数对象std::function<int(int, int)> func2 = Functor();cout << func2(1, 2) << endl;//3.包装lambda表达式std::function<int(int, int)> func3 = [](int a, int b)->int {return a + b; };cout << func3(1, 2) << endl;//4.包装没有this指针的static成员函数std::function<int(int, int)> func4 = &Plus::plusi;cout << func4(1, 2) << endl;//5.包装有this指针的非static成员函数std::function<int(Plus, int, int)> func5 = &Plus::plusd;cout << func5(Plus(),1, 2) << endl;//bind：绑定成员函数，调整可调用对象的参数个数std::function<int(int, int)> func6 = std::bind(&Plus::plusd, Plus(),placeholders::_1, placeholders::_2);//_1表示自己必须显式传的第一个参数，_2表示自己必须显式传的第二个参数，通过交换_1和_2的顺序就能达到调整可调用对象的参数的顺序cout << func6(1, 2) << endl;map<string, std::function<int(int, int)>> opFuncMap ={{"普通函数指针", func1},{"仿函数对象指针", func2},{"lambda表达式", func3},{"没有this指针的static成员函数指针", func4},{"普通函数指针", func6}};return 0;
}

运行截图：

调整可调用对象的参数的顺序：

class Plus
{
public:Plus(int x = 2):_x(x){}static int plusi(int a, int b){return a + b;}int plusd(int a, int b){return a + b* _x;}
private:int _x;
};int main()
{std::function<int(int, int)> func1 =std::bind(&Plus::plusd, Plus(), placeholders::_1, placeholders::_2);std::function<int(int, int)> func2 =std::bind(&Plus::plusd, Plus(), placeholders::_2, placeholders::_1);cout << func1(10, 20) << endl;cout << func2(10, 20);return 0;
}

运行截图：

12. 线程库

11.1 thread类的简单介绍

在C++11之前，涉及到多线程问题，都是和平台相关的，比如windows和linux下各有自己的接口，这使得代码的可移植性比较差。C++11中最重要的特性就是对线程进行支持了，使得C++在 并行编程时不需要依赖第三方库，而且在原子操作中还引入了原子类的概念。要使用标准库中的线程，必须包含< thread >头文件。

函数名	功能
thread()	构造一个线程对象，没有关联任何线程函数，即没有启动任何线程
thread(fn, args1, args2, …)	构造一个线程对象，并关联线程函数fn，args1，args2，…为线程函数的参数（线程函数fn可以是lambda表达式、仿函数对象或者函数指针）
get_id()	获取线程id（注意：id是一个自定义类型）
joinable()	线程是否还在执行，joinable代表的是一个正在执行中的线程。
join()	该函数调用后会阻塞住线程，当该线程结束后，主线程继续执行
detach()	在创建线程对象后马上调用，用于把被创建线程与线程对象分离开，分离 的线程变为后台线程，创建的线程的"死活"就与主线程无关

this_thread命名空间：

各个函数的作用：

get_id：获取当前线程的id

yield：使当前线程让出时间片进而让其它线程去获取CPU资源进行运行

sleep_until：休眠到一个绝对的时间点，比如休眠到10:15分01秒。

sleep_for：休眠一个相对的时间，比如休眠10s。

注意：

1. 线程是操作系统中的一个概念，线程对象可以关联一个线程，用来控制线程以及获取线程的状态。

2. 当创建一个线程对象后，没有提供线程函数，该对象实际没有对应任何线程。

   #include <thread>
   int main()
   {std::thread t1;cout << t1.get_id() << endl;return 0;
   }
   

   get_id()的返回值类型为id类型，id类型实际为std::thread命名空间下封装的一个类，该类中包含了一个结构体：

   // vs下查看
   typedef struct
   { /* thread identifier for Win32 */void *_Hnd; /* Win32 HANDLE */unsigned int _Id;
   } _Thrd_imp_t;
   

3. 当创建一个线程对象后，并且给线程关联线程函数，该线程就被启动，与主线程一起运行。 线程函数一般情况下可按照以下三种方式提供：

   • 函数对象
   • lambda表达式
   • 仿函数对象

   #include <iostream>
   using namespace std;
   #include <thread>
   void ThreadFunc(int a)
   {cout << "Thread1" << a << endl;
   }
   class TF
   {
   public:void operator()(){cout << "Thread3" << endl;}
   };
   int main()
   {// 线程函数为函数指针thread t1(ThreadFunc, 10);// 线程函数为lambda表达式thread t2([]{cout << "Thread2" << endl; });// 线程函数为函数对象TF tf;thread t3(tf);t1.join();t2.join();t3.join();cout << "Main thread!" << endl;return 0;
   }
   

4. thread类是防拷贝的，不允许拷贝构造以及赋值，但是可以移动构造和移动赋值，即将一个 线程对象关联线程的状态转移给其他线程对象，转移期间不意向线程的执行。

5. 可以通过jionable()函数判断线程是否是有效的，如果是以下任意情况，则线程无效

   • 采用无参构造函数构造的线程对象
   • 线程对象的状态已经转移给其他线程对象
   • 线程已经调用jion或者detach结束

11.2 线程函数参数

线程函数的参数是以值拷贝的方式拷贝到线程栈空间中的，因此：即使线程参数为引用类型，在线程中修改后也不能修改外部实参，因为其实际引用的是线程栈中的拷贝，而不是外部实参。

代码演示：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
void ThreadFunc1(int& x)
{x += 10;
}
void ThreadFunc2(int* x)
{*x += 10;
}
int main()
{int a = 10;// 在线程函数中对a修改，不会影响外部实参，因为：线程函数参数虽然是引用方式，但其实际引用的是线程栈中的拷贝// 当然，这种方式在VS2019中也是无法编译通过的thread t1(ThreadFunc1, a);t1.join();cout << a << endl;// 如果想要通过形参改变外部实参时，必须借助std::ref()函数，以引用的方式传过去thread t2(ThreadFunc1, std::ref(a));t2.join();cout << a << endl;// 地址的拷贝: 没有问题thread t3(ThreadFunc2, &a);t3.join();cout << a << endl;return 0;
}

了解ref函数：

ref函数的作用：强制传引用。

问：为什么第一种方式不能达到我们想要达到的目的（a值并未发生改变）？ref解决的是哪一层的问题？

答：因为C++的thread库中，是先通过a来构造的t1对象，然后才将构造好的t1对象中的a完美转发给的threadFunc1函数的参数，即会形成如下所示的情况：

class thread
{//......其它属性int a;//拷贝构造进行传的
}

此时再将t1对象的a传给ThreadFunc1中参数的引用的话，实际上main函数中的a并没有被修改。

使用ref之后，会强制传引用，就会形成如下所示的情况：

class thread
{//......其它属性int& a;
}

此时再将t1对象中的a传给ThreadFunc1中参数的引用的话，main函数中的a就会被修改。

再稍微形象点的例子：

没加ref：

int main()
{int a = 10;int ia = a;int& iia = ia;iia = 20;cout << "iia:" << iia << endl;cout << "a:" << a << endl;return 0;
}

加了ref：

int main()
{int a = 10;int& ia = a;int& iia = ia;iia = 20;cout << "iia:" << iia << endl;cout << "a:" << a << endl;return 0;
}

问：为什么会被识别成传值？

答：因为是可变模板参数。

注意：如果是类成员函数作为线程参数时，必须将this作为线程函数参数。

综上，当我们想要以引用的方式向线程函数中传参的时候，一定要在传参的位置对该参数使用std::ref(参数)。

11.3 原子性操作库(atomic)

CAS操作的原理：

CAS完整操作的介绍：

将保存的预期原值和内存位置中的值进行比较，如果相同说明没有中途被改变过就进行交换（交换：将当前寄存器中的新值和内存中的值进行交换），如果不同就说明已经被改变了，就放弃这次操作。

链接：atomic - C++ Reference (cplusplus.com)

多线程最主要的问题是共享数据带来的问题(即线程安全)。如果共享数据都是只读的，那么没问 题，因为只读操作不会影响到数据，更不会涉及对数据的修改，所以所有线程都会获得同样的数 据。但是，当一个或多个线程要修改共享数据时，就会产生很多潜在的麻烦。

C++98中的解决方式就是加锁来保护，虽然加锁可以解决，但是加锁有一个缺陷就是：只要一个线程在对sum++时，其他线程就会被阻 塞，会影响程序运行的效率，而且锁如果控制不好，还容易造成死锁。

因此C++11中引入了原子操作。所谓原子操作：即不可被中断的一个或一系列操作，C++11引入 的原子操作类型，使得线程间数据的同步变得非常高效。

使用举例：

//atmoic<T> t;    // 声明一个类型为T的原子类型变量tatomic<int> sum = 0;
void fun(size_t num)
{for (size_t i = 0; i < num; ++i)sum++;   // 原子操作
}
int main()
{cout << "Before joining, sum = " << sum << std::endl;thread t1(fun, 1000000);thread t2(fun, 1000000);t1.join();t2.join();cout << "After joining, sum = " << sum << std::endl;return 0;
}

注意：原子类型通常属于"资源型"数据，多个线程只能访问单个原子类型的拷贝，因此在**C++11 中，原子类型只能从其模板参数中进行构造，不允许原子类型进行拷贝构造、移动构造以及 operator=**等，为了防止意外，标准库已经将atmoic模板类中的拷贝构造、移动构造、赋值运算符重载默认删除掉了。

#include <atomic>
int main()
{atomic<int> a1(0);//atomic<int> a2(a1);   // 编译失败atomic<int> a2(0);//a2 = a1;               // 编译失败return 0;
}

11.4 lock_guard与unique_lock

在多线程环境下，如果想要保证某个变量的安全性，只要将其设置成对应的原子类型即可，即高效又不容易出现死锁问题。但是有些情况下，我们可能需要保证一段代码的安全性，那么就只能 通过锁的方式来进行控制。

但是，锁控制不好时，可能会造成死锁，最常见的比如在锁中间代码返回，或者在锁的范围内抛异常。因此：C++11采用RAII的方式对锁进行了封装，即lock_guard和unique_lock。

11.4.1 mutex的种类

在C++11中，Mutex总共包了四个互斥量的种类：

1. std::mutex

   C++11提供的最基本的互斥量，该类的对象之间不能拷贝，也不能进行移动。mutex最常用 的三个函数：

   函数名	函数功能
   lock()	上锁：锁住互斥量
   unlock()	解锁：释放对互斥量的所有权
   try_lock()	尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻 塞

   注意，线程函数调用lock()时，可能会发生以下三种情况：

   • 如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用unlock之前， 该线程一直拥有该锁
   • 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住
   • 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)

   线程函数调用try_lock()时，可能会发生以下三种情况：

   • 如果当前互斥量没有被其他线程占有，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用 unlock 释放互斥量
   • 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前调用线程返回 false，而并不会被阻塞掉
   • 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)

2. std::recursive_mutex

   其允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权， 释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock()，除此之外， std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。

3. std::timed_mutex

   比 std::mutex 多了两个成员函数，try_lock_for()，try_lock_until() 。

   • try_lock_for()

     接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住（与 std::mutex 的 try_lock() 不同，try_lock 如果被调用时没有获得锁则直接返回 false），如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。

   • try_lock_until()

     接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住， 如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指 定时间内还是没有获得锁），则返回 false。

4. std::recursive_timed_mutex

11.4.2 lock_guard

std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下：

template<class _Mutex>
class lock_guard
{
public:// 在构造lock_gard时，_Mtx还没有被上锁explicit lock_guard(_Mutex& _Mtx): _MyMutex(_Mtx){_MyMutex.lock();}// 在构造lock_gard时，_Mtx已经被上锁，此处不需要再上锁lock_guard(_Mutex& _Mtx, adopt_lock_t): _MyMutex(_Mtx){}~lock_guard() _NOEXCEPT{_MyMutex.unlock();}lock_guard(const lock_guard&) = delete;lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;
private:_Mutex& _MyMutex;
};

通过上述代码可以看到，lock_guard类模板主要是通过RAII的方式，对其管理的互斥量进行了封装，在需要加锁的地方，只需要用上述介绍的任意互斥体实例化一个lock_guard，调用构造函数成功上锁，出作用域前，lock_guard对象要被销毁，调用析构函数自动解锁，可以有效避免死锁问题。

lock_guard的缺陷：太单一，用户没有办法对该锁进行控制，因此C++11又提供了 unique_lock。

11.4.3 unique_lock

与lock_gard类似，unique_lock类模板也是采用RAII的方式对锁进行了封装，并且也是以独占所有权的方式管理mutex对象的上锁和解锁操作，即其对象之间不能发生拷贝。在构造(或移动 (move)赋值)时，unique_lock对象需要传递一个 Mutex 对象作为它的参数，新创建的 unique_lock 对象负责传入的 Mutex 对象的上锁和解锁操作。使用以上类型互斥量实例化 unique_lock的对象时，自动调用构造函数上锁，unique_lock对象销毁时自动调用析构函数解 锁，可以很方便的防止死锁问题。

与lock_guard不同的是，unique_lock更加的灵活，提供了更多的成员函数：

• 上锁/解锁操作：lock、try_lock、try_lock_for、try_lock_until和unlock
• 修改操作：移动赋值、交换(swap：与另一个unique_lock对象互换所管理的互斥量所有权)、释放(release：返回它所管理的互斥量对象的指针，并释放所有权)
• 获取属性：owns_lock(返回当前对象是否上了锁)、operator bool()(与owns_lock()的功能相 同)、mutex(返回当前unique_lock所管理的互斥量的指针)。

11.5 条件变量

链接：condition_variable

一个题目：两个线程实现交错打印0到100，一个线程打印偶数：

简单的方法一：

void fun()
{int i = 0;int n = 100;thread t1([&]() {while(i < n){while (i % 2 != 0){this_thread::yield();}cout << this_thread::get_id() << ":" << i << endl;i += 1;}});thread t2([&]() {while(i < n){while (i % 2 == 0){this_thread::yield();}cout << this_thread::get_id() << ":" << i << endl;i += 1;}});t1.join();
}

问题：i % 2这个过程不是线程安全的，因为i可能会改变，简单场景下可以，但是较为复杂的就不行了。

方法二（取巧，不可以的）：

void func()
{int i = 0;int n = 100;mutex mtx;thread t1([&]() {while(i < n){mtx.lock();cout << this_thread::get_id() << ":" << i << endl;i += 1;mtx.unlock();}});thread t2([&]() {while(i < n){mtx.lock();cout << this_thread::get_id() << ":" << i << endl;i += 1;mtx.unlock();}});t1.join();t2.join();
}

问题：

1、谁先抢到锁，谁打印奇数

2、存在一个线程连续打印的情况

方法三（完美）：

分析：

• 当pred()条件为true时，!pred()就是false，此时就不会wait；

• 当pred()条件为false时，!pred()就是true，此时就会wait。

void func()
{int i = 0;int n = 100;mutex mtx;condition_variable cv;bool ready = false;//打印奇数thread t1([&]() {while(i < n){unique_lock<mutex> lock(mtx);cv.wait(lock, [&]() {return !ready;});cout << this_thread::get_id() << ":" << i << endl;i += 1;ready = true;cv.notify_one();}});//打印偶数thread t2([&]() {while(i < n){unique_lock<mutex> lock(mtx);cv.wait(lock, [&]() {return ready; });cout << this_thread::get_id() << ":" << i << endl;i += 1;ready = false;cv.notify_one();}});t1.join();t2.join();
}