C++17

С++17 (также известный как C++1z) — это название версии стандарта C++ ISO/IEC. Спецификации для C++17 были опубликованы в декабре 2017 года.

Значение константы __cplusplus стало 201703L, это используется для условной компиляции.

Возможности

• Параллельные версии алгоритмов STL;
• Новый синтаксис для распаковки пар, кортежей и прочих типов, для которых реализован std::get. Например: auto x = std::make_tuple(4,6,7); auto [a,b,c] = x;

Удалены или запрещены

Удалены триграфы

Триграфы использовались для машин с нестандартной кодировкой и/или ограниченной клавиатурой. Ещё в конце 80-х, с распространением 8-битных кодировок и дешёвых резиномембранных клавиатур, триграфы фактически потеряли смысл, и тридцать лет спустя были закономерно исключены.

// Will the next line be executed????????????????/
a++;      /* с триграфами эта строка закомментирована — триграф ??/ эквивалентен \ */

Удалено ключевое слово register

Язык Си был «переносимым ассемблером»: он позволял делать быстрые программы, компилирующиеся на разных компьютерах, к тому же использовал ассемблерные утилиты (компоновщик, библиотекарь). Понятия вроде «заголовочный файл» и «единица трансляции» — отголоски тех времён.

Слово register изначально связано с ручной оптимизацией программы. Современные компиляторы «под капотом» делают огромное количество оптимизаций, и подобное ручное управление представляется излишним. Ещё в Си++11 слово объявили нежелательным. Слово всё ещё остаётся зарезервированным, и его могут когда-нибудь задействовать с другой целью — как в Си++11 auto.

Удалена операция ++ для bool

Операция явно небезопасна и запрещена ещё в Си++98. Операция -- отсутствует и так.

Удалены заявленные исключения

Заявленные исключения void f() throw(A, B, C);, имеющиеся, например, в Java, приносят больше вреда, чем пользы. Запрещены в Си++11, удалены в Си++17. Остался throw() как синоним для noexcept(true).

Удалены типы и функции, получившие замену (и ставшие запрещёнными) в Си++11

В их числе std::auto_ptr, std::random_shuffle и старые функциональные адаптеры.

Вместо них используются unique_ptr, shuffle и новые функциональные шаблоны, основанные на function/bind. Заявляется, что любой код на auto_ptr может быть механически преобразован в unique_ptr, с простым добавлением std::move там, где идёт передача владения.

Также удалены отдельные части iostream, запрещённые ещё в Си++98.

Удалены конструкторы для std::function, принимавшие аллокатор

Всего пять перегрузок, включая эту

template< class Alloc >
function( std::allocator_arg_t, const Alloc& alloc ) noexcept;

Из-за непонятной семантики и сложностей реализации их удалили без предварительного запрета.

Запрещены крайне редкие возможности стандартной библиотеки

Запрещены несколько редких возможностей стандартной библиотеки:

• allocator<void> — оказался невостребованным;
• часть функций allocator — дублируется шаблоном allocator_traits;
• raw_storage_iterator — не вызывает конструкторов и потому ограничен по применению;
• get_temporary_buffer — имеет неочевидные подводные камни;
• is_literal_type — бесполезен для обобщённого кода, но оставлен, пока в Си++ существует понятие «литеральный тип»;
• iterator — проще писать итераторы с нуля, чем основываться на нём;
• codecvt — на поверку работал очень плохо, комитет призвал пользоваться специализированными библиотеками;
• shared_ptr::unique() — из-за ненадёжности в многопоточной среде.

Полностью удалить обещают в Си++20.

Запреты, связанные с новыми функциями Си++17

• result_of → invoke_result — более простой синтаксис, основанный на выведении типов Си++11;
• bool uncaught_exception() → int uncaught_exceptions() — когда пользователь, например, выдернул флэшку и начали «сыпаться» аварии, может «висеть» необработанными и несколько исключений.

Удалены заголовки библиотеки Си

С переходом на Си11 удалены заголовочные файлы <ccomplex>, <cstdalign>, <cstdbool>, <ctgmath>. Файл <ciso646> не запрещён.

Глобальные изменения

Спецификация исключений — теперь часть системы типов

Функции void f() noexcept(true); и void f() noexcept(false); — теперь функции с разными типами (но не могут формировать перегруженный набор). Это позволит API требовать callback’и, которые не выбрасывают исключений.

New с чрезмерным выравниванием

В Си++11 появилась возможность создавать структуры данных, чьё выравнивание больше, чем теоретическое. Эта возможность была подхвачена операцией new.

class alignas(16) float4 {
	float f[4];
};
float4 *p = new float4[1000];

Появилась перегрузка операции new с дополнительным параметром, чтобы корректно разместить в памяти чрезмерно выравненный объект.

Обязательное избавление от копирования

Изменён смысл понятия prvalue: теперь это всего лишь инициализация.

В коде SomeType a = 10; хоть всё ещё требуется и конструктор, и операция =, гарантированно будет вызван только конструктор.

Это значит, что функции могут возвращать типы, которые нельзя копировать и перемещать.

Более строгий порядок вычисления

Теперь операции a.b, a->b, a->*b, a(b1, b2, b3), b += a (и аналоги для других операций), a[b], a << b и a >> b вычисляются в порядке a → b, чтобы держать под контролем побочные эффекты.

Если их вызвать как функции (например, operator += (a, b)), порядок остаётся неопределённым.

Расширили понятие «константа в шаблоне»

Существуют шаблоны, принимающие константу.

template <int N> struct Array
{
  int a[N];
};

Что может быть константой N, и что не может — объявлено от противного. Константа в шаблоне не может быть указателем на поле, на временный объект, на строковый литерал, на результат typeid и на стандартную переменную __func__;

В for могут быть begin и end разного типа

Теперь for (auto v : x) означает auto __begin = begin-expr; auto __end = end-expr;, допуская begin и end разных типов.

Это — база для прохода по диапазонам (ranges), работа над которыми продолжается.

Редакционные правки

Понятие «непрерывный итератор»

Массивы std::vector и std::string имеют дело с непрерывными участками памяти. Для них ввели понятие «непрерывный итератор». Концептуально ничего не изменилось.

Дали определения и другим понятиям — forwarding reference, default member initializer, templated entity. Это работа над концепциями Си++20.

Запрещены символы u'x' и U'x', не кодируемые одним символом

Ранее подобное поведение определялось реализацией.

Заодно сделали «символы UTF-8», которые имеют тип char и могут держать коды от 0 до 127, по аналогии со строками UTF-8 — по видимому, чтобы программа меньше зависела от настроек локали на компьютере.

Временно запрещён memory_order_consume

Из-за неадекватной семантики метод упорядочивания «consume» устно (то есть без отметки [[deprecated]]) запретили, призвав пользоваться методом «acquire». Работа над новой семантикой всё ещё ведётся и, возможно, запрет когда-нибудь снимут.

В любом случае на PowerPC и ARM все загрузки автоматически будут consume, но не все — acquire, и метод consume может сберечь такты в кроссплатформенном коде.

Язык

static_assert с одним аргументом

Если static_assert не сработал, не всегда требуется сообщать программисту, что не так — часто он и сам может понять из констекста..

static_assert(sizeof(wchar_t) == 2);

Новые стандартные аннотации

• [[fallthrough]]: в одном из разделов оператора switch мы намеренно «проваливаемся» в следующий. Возможная реализация устройства Даффа

int n = (count + 7) / 8;
if (!count) return;
switch (count % 8) {
case 0: do { *to = *from++; [[fallthrough]];
case 7:      *to = *from++; [[fallthrough]];
case 6:      *to = *from++; [[fallthrough]];
case 5:      *to = *from++; [[fallthrough]];
case 4:      *to = *from++; [[fallthrough]];
case 3:      *to = *from++; [[fallthrough]];
case 2:      *to = *from++; [[fallthrough]];
case 1:      *to = *from++;
        } while (--n > 0);
}

• [[nodiscard]]: вызов функции как процедуры считается ошибкой — например, это «чистая» функция вроде string::empty(), вся работа которой заключается в возврате значения, или протокол работы с объектом требует что-то сделать с возвращённым значением, как в unique_ptr::release().

class SmartPtr {  // интерфейс
public:
   [[nodiscard]] Payload* release();
};

SmartPtr p;
p.release();   // warning: ignoring return value of 'SmartPtr::release()', declared with attribute nodiscard

• [[maybe_unused]]: в каком-то из режимов компиляции (Windows/POSIX, отладка/выпуск) тот или иной элемент не используется, и это не ошибка.

void doSmth([[maybe_unused]] Logger& log)
{
#ifdef DEBUG
  log.put("doSmth IN");
#endif
}

Или параметр намеренно не используется, но имя оставлено для документирования.

class ISoccerSeason {  // интерфейс
public:
   /// @pre  обе команды участвуют в этом сезоне.
   /// В типичном футбольном сезоне обе команды сыграют и на своём, и на чужом поле.
   virtual bool doTeamsPlay([[maybe_unused]] const Team& home, [[maybe_unused]] const Team& away) const { return true; }
   virtual ~ISoccerSeason() = default;
};

Использование typename во вложенных шаблонах

Недоработка языка Си++: в шаблонах typename и class кое-где не взаимозаменяемые.

template<template<typename> class X> struct C;    // OK
template<template<typename> typename X> struct D; // не компилируется

Оба ключевых слова явно объявлены взаимозаменяемыми.

auto x{}; больше не создаёт initializer_list

Добавленный в Си++11 универсальный инициализатор int x{}; позволяет одним синтаксисом создать объект, структуру, массив. В Си++17 уточнено: если вместо типа стоит auto — пользователь хочет создать один объект и никаких initializer_list не нужно.

При этом auto x = {1, 2, 3}; продолжает создавать: с одной стороны, для совместимости с for (auto x : {1, 2, 3}), с другой — для одного объекта есть auto x = 1;.

auto x1 = { 3 };   // std::initializer_list<int>
auto x2 { 1, 2 };  // теперь ошибка
auto x3 { 3 };     // int

Структурное связывание

Появился новый способ объявления переменных для распаковки сложных объектов, который получил название структурного связывания.

Запись namespace A::B

Определение вложенных пространств имён: namespace A::B {} как сокращение для namespace A { namespace B {} };

Аннотации для пространств имён и элементов перечисляемого типа

Например:

enum class TriBool {
  NO,
  MAYBE,
  YES,
  NN [[maybe_unused]],
  UNSPECIFIED [[deprecated("Переименован в MAYBE")]] = MAYBE
};
constexpr int TriBool_N = static_cast<int>(TriBool::NN);
const char* triBoolNames[TriBool_N] = { "no", "maybe", "yes" };

Какой-то заявленной цели пока нет, но это позволит разработчикам компиляторов придумать таковую — например, объявить, что элемент NN особый и его не надо присваивать переменным, обрабатывать в switch.

If при компиляции

Концепция SFINAE позволила сделать несложный шаблон enable_if, который обеспечивает разную функциональность для разных типов, но даёт тяжеловесный код. В Си++17 можно упростить программу: оператор if constexpr(expression) инстанцирует код, если выражение в скобках истинно.

template <class T>
constexpr T absolute(T arg) {
  return arg < 0 ? -arg : arg;
}

template <class T>
constexpr auto precision_threshold = T(0.000001);

template <class T>
constexpr bool close_enough(T a, T b) {
  if constexpr (is_floating_point_v<T>) // << !!
    return absolute(a - b) < precision_threshold<T>;
  else
    return a == b;
}

В данном случае мы убеждаемся, что разница между дробными числами невелика, а целые просто проверяем на равенство.

Упрощённый синтаксис двухместной операции в переменных шаблонах

Упакованные выражения:

template<typename... As> bool foo(As... args)
    { return (args && ...); }

Шестнадцатеричное представление дробных чисел

Шестнадцатеричная мантисса и десятичный порядок: 0xC.68p+2, 0x1.P-126, аналогично подстановке %a. Си поддерживает этот синтаксис с версии 99.

Инициализация локальной переменной в if/switch

Аналогично инициализации локальных переменных в for, делает код компактнее.

if (auto it = m.find(key); it != m.end()) 
    return it->second;

Using в атрибутах

// Было
void f() {
    [[rpr::kernel, rpr::target(cpu,gpu)]] // повтор
    do-task();
}

// Стало
void f() {
    [[using rpr: kernel, target(cpu,gpu)]]
    do-task();
}

Бестиповые параметры в шаблонах

Позволяют задавать шаблонные параметры любого типа, через auto.

template<auto X> struct B { static constexpr auto value = X; };
B<5> b1;   // OK: template parameter type is int
B<'a'> b2; // OK: template parameter type is char
B<2.5> b3; // error: template parameter type cannot be double

Захват лямбда-объектом *this

Было: [self = *this]{ self.f(); }. Стало: [*this]{ f(); }.

Можно инициализировать enum class числом

enum class иногда применяется, чтобы сделать другой целый тип, не совместимый ни с чем. Теперь переменные этого типа можно инициализировать числами

enum class Handle : intptr_t { INVALID = 0 };
Handle h { 42 };

Библиотека

Мелкие доработки библиотеки

• Неконстантная перегрузка string::data. Используется для вызова низкоуровневых строковых функций, которые принимают участок памяти определённой длины и заполняют его символами (например, WinAPI). До Си++11 использовался const_cast<char*>(x.data()), до Си++17 — &x.front().
• emplace_back одного элемента возвращает ссылку. Позволяет написать такую конструкцию:

v.emplace_back("alpha", "bravo").doSomething();

• Стандартную библиотеку Си обновили с C99 до C11.
• Функции std::size(x), std::begin(x), std::end(x), std::empty(x). Позволяют писать общий шаблонный код для контейнеров STL и массивов. К тому же std::size — нужная функция, которую ранее часто писали своими силами с ошибками.
• Добавлена частичная специализация bool_constant<bool B> = integral_constant<bool, B>;
• Добавились функции-свойства для SFINAE: is_swappable, is_nothrow_swappable, is_swappable_with, is_nothrow_swappable_with, is_aggregate (составной тип), has_unique_object_representations (тривиально копируемый объект, и любые два объекта с одинаковым значением имеют одинаковое внутреннее представление).
• Расширена библиотека работы с неинициализированной памятью. Появились функции uninitialized_default_construct, uninitialized_value_construct, uninitialized_move, destroy, destroy_at, а также их версии для n элементов.
• Новый шаблон void_t<T> = void. Упрощает создание SFINAE-шаблонов, которые можно раскрыть, если тип T существует.
• Для std::search добавилась версия с объектом-искателем. По умолчанию существуют три искателя: простейший, Бойер-Мур и Бойер-Мур-Хорспул.
• Новая функция make_from_tuple инициализирует тип T данными из кортежа.
• Новая константа atomic::is_always_lock_free определяет, является ли атомарная переменная неблокирующей.
• В chrono добавили функции округления вверх, вниз и до ближайшего.
• В map/set добавили функции переброски (merge) и извлечения (extract) элементов.
• Добавился тип shared_ptr<T>::weak_type = weak_ptr<T>.
• В некоторых случаях аллокаторы могут иметь неполный тип. Теперь возможны рекурсивные структуры наподобие struct X { std::vector<X> data; };. Крупные компиляторы давно поддерживают такое, осталось только заспецифицировать.
• Добавились неявные конструкторы в pair и tuple.
• unique_ptr/shared_ptr могут работать с массивами в стиле Си (shared_ptr<string[]>(new string[n])). В Си++14 требовалось протаскивать правильную функцию удаления (shared_ptr<string[]>(new string[n], default_delete<string[]>() )).
• Уточнена работа common_type.

Новый тип std::string_view

Часто бывает нужно передать неизменную строку в другой участок кода, это можно сделать такими методами:

void doSmth(const char *s);
void doSmth(const std::string &s);

Если методика владения памятью другая, приходится проводить преобразование.

В C++17 появился тип string_view — строка, имеющая только указатель и длину, без владения, управления памятью и даже без завершающего нуля — и поэтому она не имеет функции c_str(). Задача программиста — сделать, чтобы объект не пережил тот буфер памяти, где хранится строка, и передача параметров — отличное применение для него. Объект string_view очень маленький (2·битность машины), и его стоит передавать по значению, а не по ссылке.

Размер строки кэша

Есть две новые константы, hardware_constructive_interference_size и hardware_destructive_interference_size. Таким образом пользователь может избежать ложного общего доступа (destructive interference) и улучшить локальность (constructive interference).

struct keep_apart {
  alignas(hardware_destructive_interference_size) atomic<int> cat;
  alignas(hardware_destructive_interference_size) atomic<int> dog;
  // cat далеко от dog, их можно менять из разных потоков.
};

struct together {
  atomic<int> dog;
  int puppy;
};
struct kennel {
  //...
  alignas(sizeof(together)) together pack;
  //...
};
static_assert(sizeof(together) <= hardware_constructive_interference_size);
// убеждаемся, что together занимает одну строку кэша.

Теоретически обе константы должны быть одинаковыми, но для поддержки неоднородных архитектур решено было сделать две константы.

Новый тип shared_mutex

Мьютекс, позволяющий читать параллельно и писать одному. Блокировщики для него называются shared_lock и unique_lock.

Автоматическое определение типа параметра контейнера

В библиотеке появились функции, так называемые deduction guides, позволяющие делать такое:

std::pair p(2, 4.5);   // 1

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
std::vector x(v.begin(), v.end());   // 2

Новые функции вставки в ассоциативный массив с неповторяющимся ключом

Для std::map и std::unordered_map добавились две новых функции.

#include <iostream>
#include <map>

class Pair {
public:
    int value1, value2;
    Pair() : value1(0), value2(0) {}
    explicit Pair(int aValue1) : value1(aValue1), value2(0) {}
    Pair(int aValue1, int aValue2)
        : value1(aValue1), value2(aValue2) {}
};

int main()
{
    std::map<std::string, Pair> m;

    // C++11
    m["a"] = Pair(3, 4);
    m.emplace("a", 1);       // Pair создаётся всегда

    // C++17
    m.insert_or_assign("a", Pair(3, 4));
    m.try_emplace("a", 1);   // Pair создаётся когда надо

    return 0;
}

Новые математические функции

Внесены в пространство имён std нестандартные математические функции: beta, cyl_bessel_i/j/k, cyl_neumann, [comp_]ellint_1/2/3, expint, hermite, [assoc_]laguerre, [assoc_]legendre, riemann_zeta, sph_bessel, sph_legendre, sph_neumann. За пределами std (в math.h) их нет.

Из первого предложения (2010): «Мы надеемся, что принятие этого предложения даст посыл разным сообществам вычислителей, что, несмотря на расхожее поверье, Си++ тоже вполне годится для их отрасли». Тогда его не приняли. Сейчас основные производители библиотек (Dinkumware, Boost, GCC) уже имеют эти функции.

Также добавились вычисление НОД и НОК, функция приведения в диапазон (clamp), трёхмерная гипотенуза hypot(x, y, z).

Библиотека файловой системы

Библиотека файловой системы, основанная на boost::filesystem, позволяет:

• автоматическую интернационализацию имён файлов в зависимости от особенностей ОС. Библиотека скрывает, в какой кодировке она работает, и сама конвертирует имена в нужную — как минимум в определённую локалью однобайтовую и различные варианты Юникода;
• проход по каталогам (в том числе рекурсивный);
• определение типов файлов (обычный, каталог, сокет…);
• деление пути к файлу на составные части: диск, каталог, имя и расширение;
• создание каталогов, копирование файлов, удаление каталогов и файлов (в том числе рекурсивное);
• получение имён для временных файлов.

Вариативные типы

Появился класс std::any, способный содержать данные любого типа. От реализаций требуется, чтобы небольшие объекты помещались в any без выделения памяти. Функция any_cast требует точного совпадения типа, и any_cast<double> ничего не даст, если внутри объекта int.

std::cout << std::boolalpha;
std::any a = 1;
std::cout << a.type().name() << ": " << std::any_cast<int>(a) << std::endl;
a = 3.14;
std::cout << a.type().name() << ": " << std::any_cast<double>(a) << std::endl;
a = true;
std::cout << a.type().name() << ": " << std::any_cast<bool>(a) << std::endl;

// i: 1
// d: 3.14
// b: true

Также есть более простые std::variant<int, bool, double> и std::optional<T>.

Низкоуровневые функции преобразования число-текст

Известный недостаток Си++: для низкоуровневого преобразования чисел в текст без выделения памяти приходится запускать тяжёлую и ненадёжную sprintf, а встроенное преобразование текста в число, оставшееся с Си, довольно ненадёжно.

Теперь есть встроенные локаленезависимые сверхскоростные from_chars и to_chars. Устроены они так, что не требуют (и не производят) закрывающего нуля и могут работать, например, на string_view. Из-за ограниченности и локаленезависимости предназначены они в первую очередь для JSON и XML, где нужна огромная скорость.

Новый тип polymorphic_allocator

Структуры данных STL (строки, вектора и прочее) содержат шаблонный параметр — аллокатор памяти. Этот аллокатор работает как концепция обобщённого программирования, а не как интерфейс объектно-ориентированного: выделение памяти в куче и пуле даёт разные несовместимые типы. Класс polymorphic_allocator — стандартное начало для редкой задачи: в зависимости от каких-то условий, выделять память то в куче, то в пуле.

Сам по себе polymorphic_allocator — не интерфейс, но он связан с интерфейсом memory_resource.

Новый шаблон std::invoke

Позволяет единообразно вызывать функции, объекты с операцией () (функторы) и лямбда-объекты. Также добавились функции is_invocable, is_invocable_r, invoke_result.

См. также

• C++
• C++11
• C++14
• C++20

Ссылки

• Черновик стандарта, N4659, от 21.03.2017