C++20

C++20，是继C++17之后的C++编程语言的ISO/IEC标准修订版的名称。^[1]2020年2月，该标准在布拉格的会议上由WG21进行了技术定稿^[2]。同年9月4日草案获得批准后，C++20同年12月正式发布。^[3]相比 C++17，C++20引入了新的语言特性，如概念、模块、操作符“<=>”、协程、指定初始化、新标准属性等。C++20库标准还加入了范围、特性测试宏和位操作等。

特性改动

新增语言特性

功能特性测试

自C++11之后标准引入了大量的C++语言、库特性，在20标准前为了区分这些特性是否生效只能判断C++标准。20标准为这些语言和程序库的功能特性定义了一组预处理器宏，使之成为检测这些功能特性是否存在的一种简单且可移植的方式。测试宏展开会得到该语言、库特性添加到标准草案中的年份和月份，如果该特性有显著变更，宏展开的时间也为更新。

• 属性测试宏

__has_cpp_attribute( 属性记号 )

宏函数，用以检测属性是否支持，如：

#if __has_cpp_attribute(nodiscard) > 201603L
#pragma message("nodiscard version is c++20")
#endif

• 语言特性测试宏

用以检测当前某个语言功能特性是否支持，单个宏，如：

#if __cpp_concepts >= 201907L
#pragma message("support concepts")
#endif

• 标准库特性测试宏

用以检测当前某个标准库特性是否支持，单个宏，不由编译器预定义，由<version>头文件定义：

#ifdef __cpp_lib_bitops
#pragma message("support bitops")
#endif

三路比较和比较操作符的默认

新增三路比较运算符，又称spaceship operator，其形式为：

左操作数 <=> 右操作数

表达式返回一个对象，使得

• 如果 a < b，那么 (a <=> b) < 0
• 如果 a > b，那么 (a <=> b) > 0
• 而如果 a 和 b 相等/等价，那么 (a <=> b) == 0。

三路比较操作符会作为< <= > >=四个操作符的重写候选，若决议选择了带参数顺序的operator<=>，则对于操作如x @ y，执行 x <=> y @ 0，对于不带参数顺序的执行 0 @ x <=> y。

新增可以将比较操作符显式预置=default来要求编译器为某个类生成对应比较，比如：

struct Point
{
    int x;
    int y;
    auto operator<=>(const Point&) const = default;
};

聚合体指派初始化

聚合体初始化的语法糖，在c++11的聚合体初始化基础上，增加了可以指派具体值的语法：

struct U {
  int a;
  float b;
};

U u1{ 1, 2.0 };
U u2{ .a = 1, .b = 2.0 };

范围for中的初始化语句和初始化器

17标准中给if和switch语句加了初始化语句，20标准则给基于范围的for加了初始化语句：

std::initializer_list<int> il{ 1, 2, 3 };
for (size_t index{ 0 }; auto& i : il) {
  std::cout << std::format("index {} value is {}", index++, i) << std::endl;
}

UTF8字符基础类型char8_t

新增了基础类型char8_t用以表示UTF8字符，与11标准中的char16_t、char32_t一样同为语言关键字，char8_t的出现主要是为了和旧有的char区分，专门用于表示utf8字符。相对应的标准库`<string>`增加了std::u8string的别名，以下来自gcc13：

#if __cplusplus >= 201703L && _GLIBCXX_USE_CXX11_ABI
#include <bits/memory_resource.h>
namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
{
_GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
  namespace pmr {
    template<typename _CharT, typename _Traits = char_traits<_CharT>>
      using basic_string = std::basic_string<_CharT, _Traits,
					     polymorphic_allocator<_CharT>>;
    using string    = basic_string<char>;
#ifdef _GLIBCXX_USE_CHAR8_T
    using u8string  = basic_string<char8_t>;
#endif
    using u16string = basic_string<char16_t>;
    using u32string = basic_string<char32_t>;
    using wstring   = basic_string<wchar_t>;
  } // namespace pmr
_GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
} // namespace std
#endif // C++17

新属性

no_unique_address

该属性适用于非位域非静态数据成员，指示编译器可以优化当前成员使其与其他非静态数据成员重叠，减少内存占用。如果该成员为空类型（不具有数据成员），则编译器优化为不占空间；如果该成员不为空，则其尾随填充空间可被其他数据成员占用。两个场景例子： ```cpp

struct Empty {};

struct WithEmpty {
  int32_t x;  // 4字节
  Empty e;  // 1字节（填充至对齐）
};  // 总大小8（4+1+3填充）

struct WithEmptyAttri {
  int32_t x;  // 4字节
  [[no_unique_address]] Empty e;  // 优化为不占空间
};  // 总大小4字节

struct NonEmpty {
  int32_t x;  // 4 字节
  [[no_unique_address]] char y;  // 1字节，无法优化，仍需对齐，*注意这里指定了no_unique_address
  // 3 字节填充
};  // 总大小8字节

struct WithNonEmpty {
  NonEmpty ne;  // 8 字节，未指定no_unique_address，z不可复用ne空间
  char z;  // 1字节, 需对齐
  // 3 字节填充
};  // 总大小12字节

struct Optimized {
  [[no_unique_address]] NonEmpty ne;  // 8 字节
  char z;  // 可以复用 ne 的尾随填充
};

int main() {
  static_assert(sizeof(WithEmpty) == 8);
  static_assert(sizeof(WithEmptyAttri) == 4);
  static_assert(sizeof(NonEmpty) == 8);
  static_assert(sizeof(WithNonEmpty) == 12);
  static_assert(sizeof(Optimized) == 8);
  WithNonEmpty wn;
  assert(&wn.z == &wn.ne.y + 4);
  Optimized o;
  assert(&o.z == &o.ne.y + 1);

  return 0;
}

likely与unlikely

现代cpu有指令预取和分支预测功能，在gcc以往也有__builtin_expect，相对应的20标准新增了likely和unlikely属性作为c++标准的分支预测优化属性，用于给程序员协助编译器完成分支预测。