C++20: الأربعة الكبار والمزيد
اكتشف ميزات C++20 التحويلية: المفاهيم، النطاقات، مشغل سفينة الفضاء، std::format، المُهيئات المعينة، std::span، والمزيد.
C++20: قفزة الأجيال
يعد C++20 أهم تحديث لـ C++ منذ C++11. يقدم أربع ميزات رئيسية - المفاهيم، والنطاقات، وCoroutines، والوحدات — كل واحدة منها تغير بشكل أساسي كيفية كتابة كود C++. بالإضافة إلى "الأربعة الكبار"، يقدم C++20 أيضًا مشغل سفينة الفضاء،std::format، وstd::span، والمهيئات المعينة، والعديد من التحسينات contexpr. يغطي هذا الدرس كل شيء باستثناء Coroutines والوحدات النمطية، التي تحتوي على دروس مخصصة.
المفاهيم: تقييد القوالب
تستبدل المفاهيم SFINAE بقيود قابلة للقراءة وقابلة للتركيب على معلمات القالب. إنها تنتج رسائل خطأ واضحة عندما لا يتم استيفاء القيود:
#include <iostream>
#include <concepts>
#include <string>
#include <vector>
#include <numeric>
// Define a custom concept
template<typename T>
concept Numeric = std::integral<T> || std::floating_point<T>;
// Use concept in a requires clause
template<typename T>
requires Numeric<T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}
// Shorthand syntax — concept as type constraint
auto multiply(Numeric auto a, Numeric auto b) {
return a * b;
}
// Concept with multiple requirements
template<typename Container>
concept Summable = requires(Container c) {
{ c.begin() } -> std::input_or_output_iterator;
{ c.end() } -> std::input_or_output_iterator;
{ c.size() } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};
template<Summable Container>
auto sum_container(const Container& c) {
using T = typename Container::value_type;
return std::accumulate(c.begin(), c.end(), T{});
}
int main() {
std::cout << add(3, 4) << "\n"; // 7
std::cout << multiply(2.5, 4.0) << "\n"; // 10.0
std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
std::cout << sum_container(v) << "\n"; // 15
// add(std::string("a"), std::string("b")); // Compile error!
// Error message: constraints not satisfied — Numeric<std::string> is false
return 0;
}النطاقات: الخوارزميات القابلة للتركيب
تقدم النطاقات أسلوبًا وظيفيًا على غرار خطوط الأنابيب إلى STL. طرق العرض كسولة - فهي لا تخصص البيانات أو تنسخها، وتؤلف تحويلات يتم تنفيذها فقط عند تكرارها:
#include <iostream>
#include <ranges>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> numbers{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
// Pipeline: filter even, square them, take first 3
auto result = numbers
| std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })
| std::views::transform([](int n) { return n * n; })
| std::views::take(3);
for (int n : result) {
std::cout << n << " "; // 4 16 36
}
std::cout << "\n";
// Range-based algorithms with projections
struct Employee {
std::string name;
int salary;
};
std::vector<Employee> team{
{"Alice", 90000}, {"Bob", 75000}, {"Carol", 120000}
};
// Sort by salary using a projection — no custom comparator needed
std::ranges::sort(team, {}, &Employee::salary);
for (const auto& e : team) {
std::cout << e.name << ": " << e.salary << "\n";
}
// iota generates an infinite sequence
for (int i : std::views::iota(1) | std::views::take(5)) {
std::cout << i << " "; // 1 2 3 4 5
}
std::cout << "\n";
return 0;
}المقارنة الثلاثية والمُهيئات المعينة
يقوم مشغل سفينة الفضاء<=>بإنشاء جميع عوامل المقارنة الستة من إعلان واحد. تقوم أدوات التهيئة المعينة بإحضار تهيئة الحقل المسمى من C إلى C++ مع إضافة أمان للنوع:
#include <iostream>
#include <compare>
#include <string>
struct Version {
int major;
int minor;
int patch;
// One operator generates ==, !=, <, >, <=, >=
auto operator<=>(const Version&) const = default;
};
struct Config {
std::string host = "localhost";
int port = 8080;
bool ssl = false;
int max_connections = 100;
};
int main() {
Version v1{2, 0, 0};
Version v2{1, 9, 5};
if (v1 > v2) std::cout << "v1 is newer\n"; // true
if (v1 != v2) std::cout << "versions differ\n";
// Strong ordering gives you all 6 operators for free
auto cmp = v1 <=> v2;
if (cmp > 0) std::cout << "v1 > v2\n";
// Designated initializers — name the fields you're setting
Config cfg{
.host = "example.com",
.port = 443,
.ssl = true
// .max_connections keeps its default value (100)
};
std::cout << cfg.host << ":" << cfg.port
<< " SSL=" << std::boolalpha << cfg.ssl
<< " max=" << cfg.max_connections << "\n";
return 0;
}الأمراض المنقولة جنسيا :: التنسيق والأمراض المنقولة جنسيا :: تمتد
يقدمstd::formatتنسيق سلسلة يشبه Python إلى C++.std::spanهو عرض غير مالك لتسلسل متجاور من العناصر، ويحل محل أزواج المؤشر + الحجم:
#include <iostream>
#include <format>
#include <span>
#include <vector>
#include <array>
// std::span — works with any contiguous container
void print_values(std::span<const int> data) {
for (int v : data) {
std::cout << std::format("{:>5}", v);
}
std::cout << "\n";
}
int main() {
// std::format — type-safe, positional formatting
std::string msg = std::format("Hello, {}! You are {} years old.", "Alice", 30);
std::cout << msg << "\n";
// Format specifiers
std::cout << std::format("Hex: {:#x}, Oct: {:#o}, Bin: {:#b}\n", 255, 255, 255);
std::cout << std::format("Pi: {:.4f}\n", 3.14159265);
std::cout << std::format("{:<15} {:>10}\n", "Name", "Score");
std::cout << std::format("{:<15} {:>10}\n", "Alice", 95);
// std::span — unifies arrays, vectors, and raw buffers
int c_array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> vec{6, 7, 8, 9, 10};
std::array<int, 3> arr{11, 12, 13};
print_values(c_array); // works with C array
print_values(vec); // works with vector
print_values(arr); // works with std::array
// Subspan — slice without copying
std::span<int> full(vec);
auto first_three = full.subspan(0, 3);
print_values(first_three); // 6 7 8
return 0;
}تحسينات constexpr وChrono
يقوم C++20 بتوسيع ما يمكن أن يكونconstexprبشكل كبير: يمكن الآن استخدام الوظائف الافتراضية وdynamic_castوtry-catchوحتىstd::vectorوstd::stringفي سياقات contexpr. وهذا يعني المزيد من تحركات الحساب لتجميع الوقت، مما يؤدي إلى كود وقت تشغيل أسرع.
تحتوي مكتبةعلى نظام تقويم ومنطقة زمنية كاملين. يمكنك تمثيل تواريخ مثل2024y/January/15، وإجراء العمليات الحسابية للتقويم، والتحويل بين المناطق الزمنية — كل ذلك آمن وبدون مكتبات خارجية.
السمات: يلمح[[likely]]و[[unlikely]]للمترجم إلى الفروع التي تعتبر مسارات فعالة، مما يتيح إنشاء تعليمات برمجية أفضل في الأقسام ذات الأداء الحرج.
ليس عليك استخدام كل C++20 مرة واحدة. ابدأ بالميزات التي توفر أكبر زيادة في الإنتاجية بأقل قدر من التعطيل:
1. مشغل سفينة الفضاء - أضفauto operator<=>(const T&) const = default;إلى أنواعك على الفور
2. المفاهيم — استخدم المفاهيم القياسية (std::integral،std::ranges::range) قبل كتابة المفاهيم المخصصة
3. std::format — استبدل تنسيقprintfوstringstream
4. النطاقات — ابدأ بـstd::views::filterوstd::views::transformفي الكود الجديد
5. المهيئات المعينة — تستخدم لبنيات التكوين وأنواع الخيارات
احفظ Coroutines والوحدات النمطية عندما يكون فريقك وسلسلة الأدوات جاهزين.
- تستبدل المفاهيم SFINAE بقيود قالبية قابلة للقراءة وقابلة للتركيب ورسائل خطأ واضحة
- توفر النطاقات خطوط أنابيب كسولة وقابلة للتركيب باستخدام عامل التشغيل
|- لا حاجة إلى حاويات مؤقتة - يقوم مشغل سفينة الفضاء
<=>بإنشاء جميع عوامل المقارنة الستة من إعلان افتراضي واحد - يوفر
std::formatتنسيق سلسلة آمنًا على نمط Python إلى C++ std::spanهو عرض غير مالك للذاكرة المتجاورة، ويحل محل أزواج المؤشر + الحجم- تعمل المُهيئات المُعيَّنة (
{.field = value}) على جعل عملية التوثيق الذاتي للبنية الهيكلية
اختبار — اختبر معرفتك
(20 نقطة خبرة)1. ماذا يفعل`auto operator<=>(const MyType&) const = default;`؟
2. ما هي الفائدة الرئيسية لطرق عرض النطاقات (مثل`std::views::filter`)؟
3. ما هي المشكلة التي تحلها مفاهيم C++20؟