C++20: I Big Four e Altro
Scopri le funzionalità rivoluzionarie di C++20: concept, ranges, operatore spaceship, std::format, designated initializer, std::span e altro ancora.
C++20: Un Salto Generazionale
Il C++20 è l'aggiornamento più significativo del linguaggio dai tempi del C++11. Introduce quattro funzionalità maggiori — Concept, Ranges, Coroutine e Moduli — ognuna delle quali cambia radicalmente il modo di scrivere codice C++. Oltre ai "Big Four", il C++20 porta anche l'operatore spaceship, std::format, std::span, i designated initializer e molti miglioramenti a constexpr. Questa lezione copre tutto tranne coroutine e moduli, che hanno lezioni dedicate.
Concept: Vincolare i Template
I concept sostituiscono SFINAE con vincoli leggibili e componibili sui parametri dei template. Producono messaggi di errore chiari quando i vincoli non sono soddisfatti:
#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;
}Ranges: Algoritmi Componibili
I ranges portano nella STL un approccio funzionale, in stile pipeline. Le view sono pigre — non allocano né copiano dati, ma compongono trasformazioni che vengono eseguite solo al momento dell'iterazione:
#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;
}Confronto a Tre Vie e Designated Initializer
L'operatore spaceship <=> genera tutti e sei gli operatori di confronto da una sola dichiarazione. I designated initializer portano dal C al C++ l'inizializzazione dei campi per nome, con in più la sicurezza sui tipi:
#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;
}std::format e std::span
std::format porta in C++ una formattazione delle stringhe in stile Python. std::span è una vista non proprietaria su una sequenza contigua di elementi e sostituisce le coppie puntatore+dimensione:
#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;
}Miglioramenti a constexpr e Chrono
Il C++20 amplia enormemente ciò che può essere constexpr: funzioni virtuali, dynamic_cast, try-catch e persino std::vector e std::string possono ora essere usati in contesti constexpr. Questo significa che più calcoli si spostano al tempo di compilazione, con codice più veloce a runtime.
La libreria 2024y/January/15, fare aritmetica sul calendario e convertire tra fusi orari — tutto type-safe e senza librerie esterne.
Attributi: [[likely]] e [[unlikely]] suggeriscono al compilatore quali rami sono i percorsi caldi, permettendo una migliore generazione del codice nelle sezioni critiche per le prestazioni.
Non devi usare tutto il C++20 in una volta. Comincia dalle funzionalità che danno il maggior guadagno di produttività con il minimo sconvolgimento:
1. Operatore spaceship — aggiungi subito auto operator<=>(const T&) const = default; ai tuoi tipi
2. Concept — usa i concept standard (std::integral, std::ranges::range) prima di scriverne di personalizzati
3. std::format — sostituisci la formattazione con printf e stringstream
4. Ranges — parti da std::views::filter e std::views::transform nel codice nuovo
5. Designated initializer — usali per le struct di configurazione e i tipi di opzioni
Rimanda coroutine e moduli a quando il tuo team e la tua toolchain saranno pronti.
- I concept sostituiscono SFINAE con vincoli sui template leggibili, componibili e con messaggi di errore chiari
- I ranges offrono pipeline pigre e componibili tramite l'operatore
|— senza bisogno di contenitori temporanei - L'operatore spaceship
<=>genera tutti e sei gli operatori di confronto da una sola dichiarazione defaulted std::formatporta in C++ una formattazione delle stringhe type-safe in stile Pythonstd::spanè una vista non proprietaria su memoria contigua e sostituisce le coppie puntatore+dimensione- I designated initializer (
{.field = value}) rendono autoesplicativa la costruzione delle struct
Quiz — Metti alla prova le tue conoscenze
(20 XP)1. Che cosa fa `auto operator<=>(const MyType&) const = default;`?
2. Qual è il vantaggio principale delle view dei Ranges (come `std::views::filter`)?
3. Quale problema risolvono i Concept di C++20?