C++23
один стандарт языка программирования Си++ Из Википедии, свободной энциклопедии
C++23, на момент разработки C++2b — новый стандарт языка программирования C++. Из-за пандемии COVID все заседания комитета проходили полностью дистанционно (за исключением одного, частично дистанционного).
 | Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы литературного русского языка. |
На июль 2023 закончен, но не прошёл через ISO. Макрос __cplusplus поднят до 202302L.
С новыми изменениями библиотеки минимальная программа выглядит так[1]
#include <print>
int main()
{
std::println("Hello, world!");
}
Удалены
- Сбор мусора (Си++11) — ни одна из двух задач, доработать Си++ для сред со сбором мусора и позволить такую среду в стандартной библиотеке Си++ наряду с обычным полуавтоматическим управлением памятью, не выполнена. Потому никто его не поддерживал.
Запрещены
aligned_storage,aligned_union(Си++11) — чреваты ошибками, сложно объединять в более крупные конструкции. Замена —alignas[2].- Свойства дробного
numeric_limits::has_denormиhas_denorm_loss(Си++03) — поскольку поведение денормализованных чисел на аппаратном уровне (и даже при компиляции и исполнении) бывает разное, на это свойство нельзя полагаться; альтернатива разрабатывается[3]. Ранее аналогичные макросы запретили в Си. - Запрещается делать свои
allocator_traits(Си++03). Свойствами allocator (выделителя) можно управлять, выставляя его внутренние поля[4].
Снят запрет
Мелкие изменения
- Предварительный оператор if/цикла может быть using-псевдонимом:
for (using T = int; T e : v). В C++20 работалоfor (typedef int T; T e : v), ведь синтаксически typedef — это определение переменной[7]. - Разрешён код
int a[3]; auto (*p)[3] = &a;— auto теперь позволяет указатели и ссылки на массивы[8]. - Новый литеральный суффикс
123z(знаковый эквивалентsize_t),123uz(size_t). - В лямбда-функции без параметров допустимо опускать круглые скобки, если есть ключевое слово
mutableи другие подобные:[s2 = std::move(s2)] mutable {}[9]. - Разрешены повторы атрибутов[10] — оказалось, они часто генерируются макросами.
- Расширено неявное преобразование int→bool в
static_assertиif constexpr[11]: всё, кроме нуля, эквивалентноtrue. Вexplicit/noexcept, как и раньше, годятся только 0 и 1. Дробные числа, указатели и объекты безoperator bool(), как и раньше, запрещены. - Хвостовой возвращаемый тип в лямбда-функциях сначала смотрит в перехваты, и только потом — в окружающий текст[12]:
auto counter1 = [j=0]() mutable -> decltype(j) { return j++; }; - Разрешены атрибуты у лямбда-функций[13]:
auto lm = [][[nodiscard, vendor::attr]]()->int { return 42; }; - При наследовании конструктора наследуются и подсказки по автоопределению параметров шаблона (deduction guides)[14].
if consteval
Более раннее std::is_constant_evaluated(), сделанное встроенной функцией компилятора, оказалось ошибкоопасным[15]. Например:
constexpr size_t strlen(char const* s) {
//if constexpr (std::is_constant_evaluated()) { Было, не вызывало ассемблерную версию
if consteval { // Стало
for (const char *p = s; ; ++p) {
if (*p == '\0') {
return static_cast<std::size_t>(p - s);
}
}
} else {
__asm__("Нечто оптимизированное на SSE или даже на AVX!");
}
}
Конечно, компиляторы выдают предупреждение, но неочевидно, что делать — правильно if (std::is_constant_evaluated()), иначе оптимизированная ассемблерная версия вообще не запустится.
Вторая причина — взаимодействие между constexpr и consteval.
consteval int f(int i) { return i; }
constexpr int g(int i) {
// if (std::is_constant_evaluated()) { Было, не компилировалось
if consteval { // Стало
return f(i) + 1;
} else {
return 42;
}
}
Этот код вообще не компилировался, и хотелось бы сделать уголок в constexpr-коде, который способен вызывать consteval-функции.
Фигурные скобки в then-части обязательны, в else- могут опускаться. Писать вроде if (consteval && n < 0) { невозможно, ради этого старую функцию не запретили.
Обратная форма выглядит как if not consteval {} или if !consteval {}.
auto(x) — временная копия объекта
Простой способ получить объект как временный, например[16]:
void pop_front_alike(Container auto& x) {
std::erase(x.begin(), x.end(), auto(x.front()));
}
x.front() — ошибка: в зависимости от контейнера, эта ссылка будет смотреть или на другой объект, или в пустую память.
Нижеприведённый код корректен, но ревизор может соблазниться ошибочно убрать переменную a.
auto a = x.front();
std::erase(x.begin(), x.end(), a);
В шаблонном программировании этот тип бывает получить непросто:
using T = std::decay_t<decltype(x.front())>;
std::erase(x.begin(), x.end(), T(x.front()));
Название prvalue_cast было отброшено по двум причинам: prvalue — сильно техническое понятие, и не соответствующее названию поведение для массивов (даст указатель).
Также допустимо auto{x}.
Многомерная операция индексирования (квадратные скобки)
Существующие методы[17]:
array(1, 2, 3, 4, 5) = 42; // выглядит ужасно, если вы не учили FORTRAN
array[{1, 2, 3, 4, 5}] = 42; // очень непонятно и неприятно писать
array[1][2][3][4][5] = 42; // чуть лучше, но под капотом творится просто жуть
Пока только для пользовательских типов[18].
int buffer[2*3*4] = { };
auto s = std::mdspan<int, std::extents<2, 3, 4>> (buffer);
s[1, 1, 1] = 42;
Разные библиотеки реализуют недостающий синтаксис по-разному, но в любом случае это не сочетается с синтаксисом стандартных массивов, и затрудняет автоматический поиск ошибок и inline (развёртывание функции прямо в вызывающий код).
Предметом дискуссий остаются: нужно ли это для стандартных массивов; нужно ли ослабить требования к operator[] и разрешить его за пределами класса.
This-параметры
Одна из возможностей Си++ — const-корректность — приводит к дублированию кода или написанию способов делегирования. Предлагается решение этого через шаблоны[19]
///// БЫЛО /////
class TextBlock {
public:
char const& operator[](size_t position) const {
// ...
return text[position];
}
char& operator[](size_t position) {
return const_cast<char&>(
static_cast<TextBlock const&>
(this)[position]
);
}
// ...
};
///// СТАЛО /////
class TextBlock {
public:
template <typename Self>
auto& operator[](this Self&& self, size_t position) {
// ...
return self.text[position];
}
// ...
};
Методы-расширения пока не предлагаются, но будут возможны в дальнейшем.
Другое назначение — повышение производительности при работе с классами минимального размера: даже если компилятор не умеет оптимизировать, будет происходить копирование, а не передача по ссылке.
Снижение требований к constexpr
Сделано множество послаблений: сигнатура не обязательно состоит из литеральных типов, подобъекты не обязательно конструируются/уничтожаются через constexpr, и т. д. Аргументация:
- С Си++20 слово
constexprозначает, что есть хотя бы один путь исполнения, возможный при компиляции. - Библиотеки всегда отстают от языка: компилятор уже поддерживает Си++23, а
optional.reset()ещё неconstexpr(нововведение Си++20).
Таким образом, теперь возможно написать constexpr-функцию, которая ни при одном наборе аргументов не сможет выполниться при компиляции[20]. Должен ли компилятор в таком случае выдавать предупреждения — не указано.
Также в constexpr-функциях разрешены goto, переменные нелитеральных типов, статические/внутрипоточные переменные. Если при компиляции будет пройдена любая из этих строк, функция вычисляется при выполнении[21].
В constexpr-функциях теперь могут участвовать указатели и ссылки с неизвестным значением, если их не разыменовывать — оказалось, что std::size не может работать со ссылками[22]:
// Самодельный std::size для массивов, в STL G++ похожий код
template <typename T, size_t N>
constexpr size_t array_size(T (&)[N]) { return N; }
void check(int const (¶m)[3]) {
int local[] = {1, 2, 3};
constexpr auto s0 = array_size(local); // OK
constexpr auto s1 = array_size(param); // Теперь OK
}
Разрешены static constexpr-переменные в constexpr-функциях[23]:
constexpr char xdigit(int n) {
static constexpr char digits[] = "0123456789abcdef";
return digits[n];
}
Это позволит, например, написать constexpr from_chars[24].
Лямбда-функции и constexpr-шаблоны могут вызывать consteval и тогда сами становятся consteval[25]. Для первой никак нельзя указать, что она consteval. А шаблон теперь может стать условным consteval в зависимости от пути инстанцирования.
Статические operator() и operator[]
Убирает одну машинную команду, если класс без данных и компилятор почему-то отказался от инлайнинга (добавления в вызывающий код вместо создания отдельной функции)[26]. Например, в самобалансирующемся дереве с нестандартным порядком (было в Си++03) и разнородным поиском (Си++14) возможен такой код:
struct CustomCompare {
using is_transparent = int; // включить разнородный поиск
static bool operator() (std::string_view a, std::string_view b) // было const, стало static
{ return someCustomLess(a, b); }
};
std::set<std::string, CustomCompare> things;
Изначальное предложение касалось операции «вызов» operator(). Потом позволили делать статической и операцию «индекс» operator[][27].
Эти операции всё ещё нельзя определять вне класса.
Аннотация [[assume(bool)]]
Разрешено аннотировать только пустой оператор. Код в аннотации никогда не исполняется, даже если имеет побочные эффекты. Служит исключительно для оптимизатора — он может закладываться на данное выражение. Если выражение будет равняться false, то это неопределённое поведение. Функция __assume/__builtin_assume уже есть в MSVC и Clang, а вот G++ эмулирует её через builtin_unreachable и потому вычисляет выражение внутри.
int divide_by_32(int x) {
[[assume(x >= 0)]];
return x/32; // компилятор может не закладываться на отрицательный x
}
В данном примере, если x неотрицательный, можно делать лёгкую команду shr (беззнаковый сдвиг) или sar (знаковый — такой сдвиг равноценен делению с округлением вниз, в то время как операция / округляет к нулю). Если закладываться на отрицательный — то тяжёлую команду div (деление) или нетривиальные оптимизации.
; G++ x64 13.2 -std=c++23 -O3
; Без assume — знаковое деление на 32 без «тяжёлых» операций: ветвлений и div
test edi, edi ; рассчитать процессорные флаги (нам важен sf) для edi≡x
lea eax, [rdi+31] ; загрузка x+31; он будет использоваться, если x<0
cmovns eax, edi ; загрузка x, если x⩾0
sar eax, 5 ; битовый сдвиг
ret
; С assume — битовый сдвиг, расходящийся с делением, если x<0
mov eax, edi ; требуется по соглашению вызова: параметр в rdi, результат в rax
sar eax, 5 ; битовый сдвиг
ret
Если при constexpr-счёте окажется, что assume не выполняется — поведение остаётся за компилятором: он может как выдать ошибку, так и ничего не сделать. Это не первая вещь, где поведение в constexpr за компилятором — также за компилятором будет распаковка переменных параметров Си (на манер функции printf) и расчёты с неопределённым поведением[28].
Новые правила синтезированной != и перевёрнутых ==/!=
Чтобы писать меньше нетворческого кода, в С++20 сделали синтез операции «не равняется» из «равняется», и примерку обеих как в обычном виде, так и в перевёрнутом. Это сильно ударило по имевшемуся коду: на G++ работает с предупреждением, например, такой рекурсивный шаблон[29] — выбирает между простой и перевёрнутой операцией ==:
template <typename T>
struct Base {
bool operator==(const T&) const { return true; }
bool operator!=(const T&) const { return false; }
};
struct Derived : Base<Derived> { };
bool b = (Derived{} == Derived{}); // предупреждение
Теперь синтез операции «не равняется» и переворот происходит, если возвращаемый тип bool и программист не написал операцию != сам. В некоторых случаях компилятор может запутаться и сказать: есть выбор между обычной и перевёрнутой операцией «равняется», и исправление этой ошибки простое — по старинке написать операцию «не равняется» самостоятельно.
static_assert(false)
У нового перечисления вариантов через if constexpr нет одной черты, присутствовавшей у старых способов обеспечить принципиально разное поведение для разных типов (например, у перегрузок ostream << int и ostream << const char*): как вызвать ошибку, если ни одна ветвь не выполняется? static_assert(false) не годился — компилятор выдавал ошибку, даже не инстанцируя; приходилось запутывать компилятор так, чтобы он не видел тождественный false. Общепринятое решение — шаблон always_false<T>, который пишут прямо на месте[30].
В С++23 static_assert в шаблонах проверяется при инстанцировании, даже если выражение можно вычислить, не инстанцируя. Если он должен проверяться всегда — вытащите его за пределы шаблона.
// Больше не нужно
template <class> inline constexpr bool always_false = false;
template <class T>
void f(T t) {
if constexpr (sizeof(T) == sizeof(int)) {
use(t);
} else {
static_assert(always_false<T>, "must be int-sized"); // Было
static_assert(false, "must be int-sized"); // Стало
}
}
void g(char c) {
f(0); // OK
f(c); // error: must be int-sized
}
Допустимые символы в идентификаторах
В идентификаторах теперь допустимы символы из множеств Юникода XID_Start (начальный) и XID_Continue (остальные).
- Разрешены буквы и цифры разных алфавитов, включая китайские иероглифы, клинопись и математические буквы латиницы/арабицы, многие из буквоподобных символов.
- Разрешены символы типа «буква/модифицирующая» — 02C6 ˆ «модификатор-крышка» разрешён, а 02DA ˚ «верхний кружок» имеет тип «символ/модифицирующий» и запрещён.
- Разрешены комбинирующие метки, включая селекторы начертания.
- Запрещены эмодзи, неалфавитные символы из техники и математики, форматирующие символы (невидимые символы, отвечающие за обработку текста, в том числе ZWJ и ZWNJ).
Идентификатор должен быть нормализован по алгоритму «каноническая композиция» (NFC, разобрать монолитные символы на компоненты и собрать снова). Если нет — программа некорректна.
Это изменение только делает поддержку Юникода более целостной, но никак не решает вопросов атак через внешне одинаковые строки[31]. Методы передачи таких символов в линкер остаются за реализацией.
Запрещены многосимвольные и некодируемые wchar_t-литералы
Разные компиляторы действовали по-разному на L'\U0001F926' (эмодзи «фейспалм») на двухбайтовом wchar_t (Windows), L'ab'. Теперь оба запрещены[32].
Многосимвольные char-литералы продолжают работать, имеют тип int. Сколько допускается символов и как они будут собраны в одно число — определяется реализацией.
Понятия «кодировка файла», «кодировка трансляции», «кодировка исполнения»
Узаконено, что они могут отличаться[33], и wchar_t — это единица широкой, зависящей от реализации кодировки исполнения[34]. Кодировка трансляции неизменна и покрывает весь Юникод, включая не существующие пока символы и несимвольные позиции, за исключением, возможно, половинок суррогатных пар. Кодировки файлов тоже бывают разные.
UTF-8 как кроссплатформенная кодировка файлов должна поддерживаться безусловно, всеми компиляторами[35]. Должен существовать флаг компилятора, объявляющий все файлы UTF-8 независимо от наличия в них метки порядка байтов Юникода. Метка не должна мешать компиляции; мало того, её наличие — допустимая тактика опознания юникодных файлов. В файле Юникода не должно быть некорректных кодовых комбинаций, однако могут быть корректные комбинации, соответствующие не существующим пока символам. Прочие принципы перекодировки задаются реализацией.
Числовые значения символьных литералов в препроцессоре совпадают с кодировкой исполнения
Раньше это было за реализацией, но оказалось, что основное назначение этой функции — определение кодировки исполнения[36]. Например, код из SQLite:
/* Проверка, использует ли машина EBCDIC.
(Да, верите или нет, ещё есть машины, использующие EBCDIC.) */
#if 'A' == '\301'
# define SQLITE_EBCDIC 1
#else
# define SQLITE_ASCII 1
#endif
Все крупные компиляторы фактически работают именно так.
Снова разрешено инициализировать массивы (unsigned) char литералом UTF-8
Все три строчки сломаны в Си++20, снова работают в Си++23[37].
const char* a = u8"a";
const char b[] = u8"b";
const unsigned char c[] = u8"c";
Как оказалось, подобный слом требовал constexpr-преобразование char↔char8_t (reinterpret_cast — не constexpr), мешал брать код на Си++14/17 и развёртывать на 20 (нередко нужны упомянутые преобразования), нарушал совместимость с Си.
Новые экранировки
"\u{1F926}" для кодовой позиции Юникода, "\o{123}" для восьмеричной системы и "\x{AB}" для шестнадцатеричной[38].
Разрывать такие экранировки ("\x{4" "2}") запрещено.
"\N{LATIN CAPITAL LETTER A WITH MACRON}" позволяет обратиться к символу по юникодному имени[39].
format перекодирует между Юникодом и однобайтовой кодировкой
Исключает крокозябры в таком коде[40]:
std::locale::global(std::locale("Russian.1251"));
auto s = std::format("День недели: {}", std::chrono::Monday);
Набор возможных кодировок определяется реализацией. При неспособности — выбрасывается исключение.
Уточнены принципы расчёта ширины в консоли
Для каждого текста реализация сама определяет, сколько позиций терминала он займёт. Описана эталонная юникодная реализация: большинство восточноазиатских символов и эмодзи имеют ширину 2, все умляуты — 0, у остальных 1. Реализация локаленезависима. Ширина символа-заполнителя всегда принимается за 1[41].
Специальные числа вроде NaN и ∞ не заполняются нулями.
// Ширина эмодзи — 2
string sB = format("{:🤡^6}", "x"); // 🤡🤡x🤡🤡🤡
string sC = format("{:*^6}", "🤡🤡🤡"); // 🤡🤡🤡
double inf = numeric_limits<double>::infinity();
string s4 = format("{:06}", inf); // ␣␣␣inf
- При объединении строк через обратную косую черту теперь допустимы пробелы после этой черты[42]. Так действовали GCC, Clang и ICC — а MSVC считал это заэкранированным пробелом.
- Компилятор лишён права на перестановку полей одного объекта, если те имеют ненулевую длину и разные права доступа[43]. Так действовали MSVC, GCC, Clang.
- Запрещена конкатенация строк с противоречивыми префиксами кодировки вроде
L"" u"". Из крупных компиляторов такое поддерживает только SDCC — берёт первый из префиксов[44]. - Узаконена директива
#warning, поддерживаемая всеми[45]. - Упрощены правила неявного перемещения при возврате из функции[46].
- Переработаны производителезависимые расширенные целые типы[47].
spanиstring_viewтеперь TriviallyCopyable[48].- В модулях запрещено экспортировать бессмысленные вещи вроде
static_assert[49]. Однако составные конструкции, состоящие изstatic_assert, для простоты экспортировать можно:export { static_assert(true); }. (Например, в определённых настройках препроцессора в скобках остался одинstatic_assert.) - Стандартные атрибуты можно игнорировать[50]. Единственный из них, который влияет на работу программы,—
[[no_unique_address]], и его игнорировать можно было и раньше. Остальные влияют на предупреждения или дают дополнительную информацию компилятору. А то, что влияет на программу, напримерalignas,— не атрибут.
Уточнено, какие временные объекты сохраняются до конца цикла
В конструкции «for по объекту» говорится: ради безопасности и предсказуемости кода каждый временный объект, в нормальных условиях исчезающий в конце строки, сохраняется до конца цикла[51]. Исключением являются переданные по значению параметры функции — ведь они, исчезая как объекты в конце строки, вероятно, теряют своё содержимое раньше.
Это четвёртый случай, когда нарушено правило «деструкторы вызываются сразу же после окончания выражения». Остальные три: создание и копирование массива (ради простоты и эффективности для каждого элемента сначала исчезают временные, потом создаётся/копируется следующий), явная команда придержать объект через const int& x = 0;.
using T = std::list<int>;
const T& f1(const T& t) { return t; }
const T& f2(T t) { return t; } // Остаётся предупреждение: возврат ссылки на локальный объект
T g();
void foo() {
for (auto e : f1(g())) {} // Теперь OK, жизнь объекта g() продлевается
for (auto e : f2(g())) {} // Остаётся неопределённое поведение
}
- Препроцессорные директивы
#elifdefи#elifndef, которые будут в Си23[52]. - Разрешена метка без оператора:
{ goto a; ++x; a: }[53]. - Поддержка
<stdatomic.h>. Аналога<cstdatomic>нет[54]. - Снова разрешено инициализировать массивы char и unsigned char литералом UTF-8 (описано выше).
- Уточнён статус заголовочных файлов Си: изначально они были запрещённые, теперь — для совместимости. Файл, который не должен быть одновременно допустимым файлом Си, не должен их подключать[55]. Это убирает угрозу: в ближайшее время эти заголовки не удалят.
- Добавлен новый бит метода открытия файла на запись
ios::noreplace: файла не должно существовать. Это исключает перезапись нужного файла, исключает гонки за файл между двумя программами. Бит существовал во многих реализациях до Cи++98, и эквивалентен флагуxСи11 (FILE* f = fopen("fname.ext", "wx");) и отсутствию флага CREATE_ALWAYS в Win32. Например, может служить для поиска неиспользуемого временного файла[56].
out_ptr, inout_ptr — адаптеры между умными указателями и Си-API
Эти обёртки призваны «подружить» «сырые» Си-API и умные указатели[57][58]. Исчезая, обёртка перезаписывает указатель. В любом случае в типе умного указателя программист должен верно указать, какой функцией объект уничтожать.
// Межъязыковой API
error_num c_api_create_handle(int seed_value, int** p_handle);
void c_api_delete_handle(int* handle);
// Умная обёртка на Си++
struct resource_deleter {
void operator()( int* handle ) { c_api_delete_handle(handle); }
};
std::unique_ptr<int, resource_deleter> resource(nullptr);
// Создание объекта через out_ptr
error_num err = c_api_create_handle(24, std::out_ptr(resource));
if (err == C_API_ERROR_CONDITION) {
// обработка ошибок
}
Разные изменения в библиотеке
- Семейство констант
is_scoped_enum— например, для отслеживания миграции библиотеки со старыхenumна новыеenum class[59]. - Функция
to_underlyingдля преобразованияenum → int, более понятная по названию и менее ошибкоопасная[60]. - Функция
byteswapв заголовке<bit>для смены порядка байтов в числах[61]. - iostream теперь может печатать volatile-указатели — точно так же, как и обычные[62].
forward_like— аналогforwardдля объекта и его поля; понадобился из-за this-параметров. Означает «передать наподобие», и делает прямую передачу поляforward_like<This>(this->field)[63].- Зарезервированы два модуля:
import std;(всё пространство имёнstd::) иimport std.compat;(функции совместимости вроде::fopenиз стандартного пространства имён)[64]. На ноябрь 2022 модулей не поддерживает никто, но, по заявлениям «Открытых систем», даже компиляция Hello World серьёзно ускорилась[65]. - Переписаны концепции
equality_comparable_withи другие, чтобы поддерживали некопируемые типы[66]. - Больше совместимости между кортежами (tuple) и кортежеподобными объектами (парами, статическими массивами)[67].
mdspan— нехранящий многомерный массив[68]- Усовершенствован
visitдля работы с типами, унаследованными отvariant(обычно какие-то реализации конечных автоматов)[69]. - Уточнено, что
common_reference_t— всегда ссылка, а неreference_wrapper[70]. - У библиотеки изначально были два варианта: автономная (freestanding) и платформенная (hosted); автономная не содержит системных вызовов, может писаться даже на чистом Си++, и будет работать даже на нестандартных машинах без консоли и файловой системы. В автономную версию
<utility>внесён полностью, а<ranges>и<iterator>— частично[71]. invoke_r, используемое при сложной композиции шаблонов[72].- Ослаблены требования к функции
time_point::clock, чтобы можно было налаживать разные виды часов, в том числе хранящие некое состояние (например, синхронизирующиеся по интернету через NTP)[73].
stacktrace — информация о вложенности вызовов
Одно из важнейших нововведений Си++23, позволяющее видеть ошибку вернее, чем короткие сообщения самопроверок[74]. Например: если случился выход за пределы массива, самопроверка скажет: обращался к 7-му элементу из 5-и — но не подскажет, кто именно совершил выход. Но если подняться на несколько стековых фреймов выше, часто ошибка становится легко заметной. Новая библиотека, как и многое из Си++, позаимствована из BOOST.
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <stacktrace>
int main()
{
auto trace = std::stacktrace::current();
auto empty_trace = std::stacktrace{};
// Print stacktrace.
std::for_each(trace.begin(), trace.end(),
[](const auto& f) { std::cout << f << '\n'; });
if (empty_trace.begin() == empty_trace.end())
std::cout << "stacktrace 'empty_trace' is indeed empty.\n";
}
Впоследствии объекту stacktrace придумали стандартную функцию форматирования[75].
Как связывать stacktrace с выпадающими авариями — пока не придумали, ведь то и другое — довольно тяжёлые части языка и библиотеки.
move_only_function — облегчённая некопируемая обёртка для объектов-функций
Функциональное программирование в Си++ обычно (например, в STL) сделано через шаблоны. Но шаблоны не всегда годятся: вызываемая функция бывает большая, или в шаблонном виде выставляет наружу много лишнего, или принципиально не шаблонная (виртуальная). Да и нешаблонную функцию проще отлаживать. В Си++11 это частично решено обёрткой std::function.
std::function стал одной из самых «тяжёлых» частей библиотеки STL. Избавившись от нескольких возможностей — нельзя копировать, отсутствуют поля target и target_type — можно получить значительно более лёгкий[76] объект[77]. Этот объект может работать с некопируемыми перехватами.
Аппаратно-разнородные барьеры
Объект блокирующей межпоточной синхронизации «барьер» используется для частично распараллеливаемых задач: как только каждый поток выполнит свою долю и все соберутся у барьера, выполняется координационная функция и решает, что делать дальше. В реализации для Си++ поток-координатор и ожидающие очередного этапа вычислений потоки-клиенты должны вызвать wait, а потоки-работники — arrive при обычном исполнении и arrive_and_drop, если поток выходит из параллельного вычисления.
Координационная функция теперь может выполниться в любом потоке: не только в последнем arrive, но и в wait[78]. Что будет, если никто не вызовет wait (то есть выделенного координатора нет),— зависит от реализации. Связано с разнородным аппаратным обеспечением — координатор и клиенты работают на одной архитектуре, а потоки-работники на другой.
expected — результат или код ошибки
У обработки ошибок есть четыре важных свойства:
- Заметность: ревизору должны быть видны нарушения методики использования функции.
- Информация об ошибках: ошибка должна нести достаточно информации о том, откуда она взялась и как её решить.
- Чистый код: код обработки ошибок должен быть минимален.
- Невмешательство: ошибки не должны забивать какой-нибудь канал, предназначенный для нормального хода исполнения.
Главный недостаток исключений — незаметность. У кодов ошибок как минимум грязный код, и они забивают важный канал — возвращаемое значение[79].
expected — напомнающий variant тип, который может хранить или значение при нормальном исполнении, или ошибку.
expected<int, errc> getIntOrZero(istream_range& is) {
auto r = getInt(is); // возвращает такой же expected
if (!r && r.error() == errc::empty_stream) {
return 0;
}
return r;
}
Чистый код достигается через монадный интерфейс. Общая монада в Си++23 не попала, однако optional и expected обзавелись похожими функциями.
Монадные операции над optional/expected
Монада — стандартная возможность функциональных языков произвести последовательность действий.
В математике последовательность функций записывается как , что не всегда удобно — в программировании часто лучше x.f().g().h().
std::optional — довольно простая обёртка, смысл которой — хранить объект или ничего. Проверки на «ничего» занимают немалую часть работы с optional — а что, если в процессе преобразований картинки на ней не окажется кота? А что, если нет места, куда пририсовать бантик?[80]
std::optional<image> get_cute_cat (const image& img) {
return crop_to_cat(img) // image → optional; [nullopt] на картинке нет кота
.and_then(add_bow_tie) // image → optional; [nullopt] некуда добавить бантик
.and_then(make_eyes_sparkle) // image → optional; [nullopt] не видно глаз
.transform(make_smaller) // image → image
.transform(add_rainbow); // image → image
}
Впоследствии то же придумали для expected[81].
spanstream — замена запрещённому в C++98 strstream
Существовал strstream — поток данных, работающий на массиве ограниченной длины. Из-за угрозы переполнений запрещён уже в C++98, предложен другой похожий механизм.
char output[30]{};
ospanstream os{span<char>{output}};
os << 10 << 20 << 30;
auto const sp = os.span();
ASSERT_EQUAL(6,sp.size());
ASSERT_EQUAL("102030",std::string(sp.data(),sp.size()));
ASSERT_EQUAL(static_cast<void*>(output),sp.data()); // никакого копирования данных
ASSERT_EQUAL("102030",output); // гарантируется нуль-терминирование
print — прямая (не потоковая) печать в консоль
Изначально было: std::cout << std::format("Hello, {}! You have {} mails", username, email_count);
Это…
- Удлиняет двоичный код — потоки изначально тяжелы.
- Под Windows почти гарантированно будут крокозябры, даже если исходный текст в UTF-8.
- Выглядит некрасиво.
Доступен более лёгкий std::print("Привет, {}! У вас {} писем", username, email_count);[82].
Впоследствии уточнили, что print синхронизирован с другими методами вывода в консоль[83].
Необязательные дробные типы
| Название | Битов мантиссы/ порядка | Диапазон | ulp(1.0) | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| float16_t | 10+5 | 6.1e-5..65504 | 9.8e-4 | Соответствует IEEE binary16 |
| bfloat16_t | 7+8 | 1.2e-38..3.4e38 | 7.8e-3 | Верхние два байта IEEE binary32 (≈float), используется в ИИ-библиотеках, отсюда имя — brain float. Современные ИИ-модели занимают гигабайты, но если такая погрешность влияет — модель определённо переобучена. |
| float32_t | 23+8 | 1.2e-38..3.4e38 | 1.2e-7 | Соответствует IEEE binary32, большинству реализаций float |
| float64_t | 52+11 | 2.2e-308..1.7e308 | 2.2e-16 | Соответствует IEEE binary64, большинству реализаций double |
| float128_t | 112+15 | 3.4e-4932..1.1e4932 | 1.9e-34 | Соответствует IEEE binary128 |
У всех этих типов неявная единица: целая часть мантиссы 1,xxx только подразумевается и не хранится.
Математические функции должны иметь обёртки для всех поддерживаемых типов — при этом реальный расчёт может вестись в более или менее точном типе[84].
Новая функциональность диапазонов (ranges) и представлений (views)
- Из концепции
viewудалена инициализация без параметров[85]. - Уточнены требования к дипазонам[86], представлениям[87], адаптерам диапазонов[88].
- Механизмы для написания собственных адаптеров диапазонов[89]
- Семейство адаптеров
zipдля параллельного прохождения разных диапазонов[90]. ranges::to— преобразование из диапазона в контейнер[91].- Функции
iota,shift_left,shift_right[92]. - Функции
chunkиslide[93]. - Функция
chunk_by[94]. - Функция
join_with[95].- Улучшена работа
join[_with]с итераторами, которые возвращают ссылку на что-то внутри самого итератора[96].
- Улучшена работа
- Функции
starts_with,ends_with[97]. split_viewпереименован вlazy_split_view, добавлен новыйsplit_view[98].- Ослаблены ограничения на
join_view[99]. string_viewможно строить из непрерывного диапазона[100]. Впоследствии уточнили: конструктор явный (explicit)[101].- Механизмы вывода диапазонов функцией
format[102]. - Добавлены механизмы указания, как печатать нестандартный диапазон функцией
format— вывод запрещён, как отображение (map), как множество (set), как кортеж (sequence), как строку (string), как отладочное сообщение (debug_string).[103]. generator— синхронный генератор диапазонов на сопрограммах[104]. Налажено форматирование подобных объектов[105]. Первое использование сопрограмм в стандартной библиотеке.single_viewи другие адаптеры-представления теперь могут работать с перемещаемыми, но не копируемыми типами[106].- Новая функция-адаптер
views::repeat, повторяющая один объект N раз или до бесконечности[107]. - Переписаны требования к алгоритмам, чтобы они могли пользоваться итераторами диапазонов[108].
- Функция
cartesian_product— декартово произведение диапазонов[109][110]. - Функция
ranges::fold, представляющая собой f(f(…f(f(init, x1), x2), …), xn)[111]. - Функции
ranges::contains,ranges::contains_subrange[112]. - Объект
stride_view, функцияviews::stride— представление с шагом N[113] - Функции
ranges::find_last(),find_last_if(),find_last_if_not[114]. - Функция
views::enumerate[115] — часто функцией Си++ «проход по контейнеру» не пользовались просто потому, что вдобавок требовался номер в последовательности.
Новые подсказки по выведению параметров шаблона (deduction guides)
function— теперь будет компилироватьсяstd::function f = less<int>{};, если less — шаблон с новой статической операцией «вызов»[26].functionиpackaged_task— теперь будет компилироватьсяstd::function g = F{};, если F — объект, чья операция «вызов» содержит новый (также ожидаемый в Си++23) this-параметр[116]
Новая функциональность строк владеющих (string) и невладеющих (string_view)
string[_view].contains— часто надо проверить на наличие подстроки, не выясняя, где совпадение[117].string.substr() &&(с временнымthis) — для оптимизацииauto a = someTemporaryString().substr(0, 2);[118].- string_view можно строить из непрерывного диапазона (см. выше).
- Добавлен псевдоконструктор
string[_view](nullptr_t) = delete— как подсказка: строить строку из пустого указателя запрещено.
string::resize_and_overwrite
Используется для экстремальной оптимизации на стыке строк и низкоуровневых API:
int compress(void* out, size_t* out_size, const void* in, size_t in_size);
std::string CompressWrapper(std::string_view input) {
std::string compressed;
compressed.resize_and_overwrite(input.size(), [input](char* buf, std::size_t n) noexcept {
std::size_t compressed_size = n;
auto is_ok = compress(buf, &compressed_size, input.data(), input.size());
assert(is_ok);
return compressed_size;
});
return compressed;
}
Возникнет вопрос: а что при этом соптимизировали по сравнению с двумя resize?[17] Дело в том, что стоимость выделения памяти мало зависит от длины буфера, и в большинстве случаев на буфер будет выделено значительно больше памяти, чем реально потребуется на сжатую строку. Новая функция не инициализирует буфер, и ушло зануление очень длинного участка памяти — memset( compressed.data(), '\0', compressed.size()).
Новая функциональность итераторов
- Адаптер
move_iterator— теперь итератор того же вида (односторонний/двусторонний/произвольного доступа), что и исходный итератор (раньше только односторонний)[119]. - Переписаны требования к алгоритмам, чтобы они могли пользоваться итераторами диапазонов (см. выше).
cbeginвсегда должен возвращать константный итератор[120].- Исправлена
iterator_categoryвcounted_iteratorи некоторых других, чтобы из них можно было собирать сложные диапазоны[121]. - Придумана концепция позаимствованных диапазонов — их итераторами можно продолжать пользоваться, когда объект-диапазон исчезает[122].
Новая функциональность контейнеров
- Конструкторы
stack/queue, принимающие пару итераторов[123]. - Шаблонному конструктору
pairданы типы по умолчанию[124]. - Разнородный
extractиeraseв ассоциативных контейнерах[125]. Например, ключ храненияstring, а ключ доступа —string_view. - Переписыванием конструкторов сделано, чтобы аллокатор не участвовал в разрешении перегрузок[126].
- Новая функция
Allocator.allocate_at_least, более полно использующая особенности механизма выделения памяти[127]. Контейнеры переменного размера понемногу будут переходить на неё. - Новые контейнеры
flat_[multi]setиflat_[multi]map, работающие как минимум на шаблонахvector,deque,list. Представляют собой простые сортированные массивы.
Новые constexpr
Новая функциональность format
Помимо стандартного форматирования новых объектов (описано в соответствующих разделах), там есть:
- Форматирование
thread::id[75]. - Проверка корректности форматирования при компиляции, если такое возможно; облегчение
format_to, если обработка при компиляции удастся[134]. - Открыт
format_string.get(). Автоматическая проверка корректностиformatпри компиляции ограничивается функциейformat, и пока обходной способ добавить проверку в свою функцию (например,log<Args...>(format_string, Args...)— писать собственные реализацииformat_string, пользуясь по максимуму штатными библиотеками[135]. Для последнего и нуженget. Предполагается, что в новых версиях проверка будет сделана чище — например, через проверку параметров при компиляции.
Оптимизации и предупреждения
exchangeполучил условный noexcept — если объект создаётся с перемещением и присваивается (с перемещением или по копии, в зависимости от правого параметра), не вызывая исключений[136].applyполучил такой же условный noexcept[137].- Некоторые библиотечные функции наподобие
mallocиbit_castещё с Си++20 получили прозвище «благословенные» — они могут неявно создавать объекты. То есть: не оперируя типом X, тем не менее, подразумевают, что в памяти может появиться объект типа X. Теперь можно «благословить» любую функцию кодомX* p = std::start_lifetime_as<X>(myMalloc(sizeof(struct X));— и подобные вызовы не будут неопределённым поведением[138].- Типы, с которыми такие «благословенные» функции могут работать, названы «типы с неявным временем жизни» — для них придумана функция
std::is_implicit_lifetime[139].
- Типы, с которыми такие «благословенные» функции могут работать, названы «типы с неявным временем жизни» — для них придумана функция
- Новые свойства типов
reference_constructs_from_temporary,reference_converts_from_temporary. Некоторые объекты (std::tuple<const std::string&>) теперь не могут конструироваться из подобных объектов[140]. - Добавлен псевдоконструктор
string[_view](nullptr_t) = delete— как подсказка: строить строку из пустого указателя запрещено.
Функция unreachable
Функция, указывающая, что при нормальной работе кода в данную точку попасть нельзя[141]. Поведение неопределённое, вызов этой функции в действующем коде — всегда нештатная ситуация.
enum class MyBool { NO, YES };
int toInt(MyBool x) {
switch (x) {
case MyBool::NO: return 0;
case MyBool::YES: return 1;
}
// Прикрываем знаменитое предупреждение G++
std::unreachable();
}
В большинстве компиляторов она «волшебная» (реализованная внутри компилятора), и в GCC/CLang много лет существовала под названием __builtin_unreachable. Но даже без «волшебства» подходящая реализация простейшая: [[noreturn]] с пустым телом.
Предложение 1 апреля 2021 отсылало на My Little Pony, введя два ключевых слова «my» и «little», и объект «pony» — волшебный объект, делающий что угодно[142]. Кроме того, высмеивало программистский жаргон:
- Пони-ориентированное программирование, а также «Пони-объектно-ориентированное программирование» (POOP — «какашка») — всё новые и новые концепции программирования.
- В жаргоне групп Си++ появилось понятие «tony table» (таблица «было-стало») — непонятно, откуда, ведь автором первой из них был отнюдь не Тони. Предложение переименовало её в «pony stable».
- Последний раздел называется «Формулировка» — стандарт Си++ пишется таким канцеляритом, что там одно предложение: «Не говорите, что дочитали до этого места».
#embed— загрузка массива из двоичного файла.- Ситуация с Юникодом в диагностических строках (
static_assertи других). - Атрибуты для структурного связывания
auto [a, b [[vendor::attribute]], c] = f(); inspect— более мощная версияswitch.- Стековые сопрограммы (в Си++20 только с бесстековые).
- Проверка параметров функции при компиляции: чтобы проверить, что форматная строка и параметры
formatсоответствуют друг другу, в Си++20 применяются сложные шаблоны. Поддержка со стороны языка упростила бы это.
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
