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语言标准是语言发展的重要基础，这一点在C/C++上尤为明显，从C++11开始，C++标准委员基本以3年为一个周期快速更新C/C++，这门语言也终于焕发越来越强的活力。

概述

   标准是繁杂且专业的内容，本文仅记录一些我认为比较有学习价值的标准内容。具体特性的使用还是要去参考文档。

C标准

K&R C

  • 大佬Dennis Ritchie和Brian Kernighan合作的书《The C Programming Language》的参考指南中提到的C语言完整定义，成为当时（1978年）的事实标准。

ANSI C和GNU C

  • GNU C是GNU计划在开发GNU项目GCC、Linux过程中制定的一个C标准
  • ANSI C则是美国国家标准协会（ANSI），在1989年提出的C标准：C89。该标准随后在1990年被ISO修订后接纳为标准，即C90。因此C89、ANSI C、C90几乎相同
  • 一些对比
    特性 代码示例 GNU C ANSI C
    零长度和可变长度数组 int x[n],y[0] 支持 不支持
    范围case case 0 … 10 : /*…*/ 支持 不支持
    括号语句表达式 #define min(type,x,y) ({/*…*/}) 支持 不支持
    typeof关键字 const typeof(x) _x=(x); 支持 不支持
    可变参数宏 #define myPrint(fmt,arg…)\
     printf(fmt,##arg)    		 支持 不支持
    标号元素 int a[5]={[2 … 4]=-1,[1]=0,[0]=1} 支持 不支持
    函数、变量、类型特殊属性 __attribute__((各种属性)) 支持 不支持
    内建函数 - - -

    注意 … 前后必须有空格

  • GNU C和后续的标准C：一般来说GNU会扩展一些用法，也会出现一些不完全支持的情况。

C89、C95、C99

  • C89的主要目标是建立一个“无歧义、平台无关”的C语言定义
  • C95是一些印刷更正和小的技术勘误
  • C99提供了更多的技术改进，如
    • 可变长数组、单行注释、for语句内的变量声明、结构体变量初始化
    • printf&scanf增强
    • 新增了复数/浮点/字符方面的头文件和库、__func__预定义宏
    • 放宽/加强了一些技术上的编译限制、禁止非void函数不写return
    • 引进long long int、规范整型向上转型规则

C11

  • 标准变更，如
    • 弃用gets
    • 更好的多线程支持
    • 增强的内存对齐支持
    • 匿名union、struct成员
    • 细粒度的求值顺序
    • 可分析性
    • unicode支持

C17

  • 主要是解决一些标准缺陷

C23

  • To Be Continued

C++标准

  1. 在C++98之前，1985年是C++的第一个大版本，1991年是第二个大版本，但此时语言显然不够稳定。1990年、1991年，ANSI C++委员会、ISO C++委员会相继建立。

C++98

  • 第一个真正意义上的C++标准版本
  • 新特性：运行时类型识别RTTI（Runtime Type Identification）、转型运算符、mutable、export、模板实例化、成员模板、在条件语句中定义、规定一些类型标准（nullptr_t、符号和大小修饰符）
  • 新库：locales、bitset、valarray、auto_ptr、模板化的string、I/O流、复数
  • STL：容器、函数、迭代器、函数对象

    1999年，Boost建立，意在为C++标准试验编写高质量库

C++03

  • 小改进，主要是技术勘误，但也提出了一些小技术点：如构造对象时，使用空初始化的一些语法标准。

C++11

  • 超大改进，从TR1和Boost中接纳了大量的特性和库。C++11 Main Artical
  • 核心新特性：
    • 关键字：类型推导（auto和decltype）、default和delete函数声明，final和overide、constexpr和LiteralType（编译期常量及其类型）、noexcept函数声明和运算符、nullptr、对齐声明符（alignas）、对齐值运算符（alignof）
    • 易用性：尾置返回类型（trailing return type）、初值列、委派构造（delegating）、构造函数继承、lambda表达式、类型别名和别名模板（using）、字符串字面值前缀（L、u8、u、U、R）、自定义整型/浮点型/字符/字符串字面值后缀、范围for语法糖
    • 模板：可变参数模板（typename … pack-name)
    • 语法统一：在列表初始和拷贝列表初始化中均使用大括号{}
    • 性能：右值引用、移动构造、移动赋值
    • 安全性：scoped enum（禁止转型的enum）、多线程内存模型、线程本地存储声明符（thread_local）、static_assert（编译期断言）、动态内存管理（智能指针）、存储类型声明符（如extern、static、mutable、thread_local）
    • 不太懂的：属性声明符序列[[attr-list]]，该特性可以作用于很多语法结构（函数、if、类型、对象）
  • 新头文件：
    • C库迁移：cfenv（浮点库）、cinttypes、cstdint（整型类型和宏）、cuchar
    • 数据：array、forward_list、initializer_list、scoped_allocator、tuple、unordered_map、unordered_set、scoped_allocator
    • 工具：chrono、random、regex、ratio（编译期有理数运算）
    • 类型：typeindex
    • 系统：system_error
    • 元编程：type_traits
    • 并发：atomic、condition_variable、future、mutex
  • 新的库特性
    • 容器：emplace原地构造、forward_list前向列表、begin/end、prev/next
    • 类型：智能指针、function、exception_ptr、error_code、error_condition、move_iterator
    • 函数：xxx_of、xxx_if、shuffle、partition系列、is_xxx、minmax、iota、current_exception、rethrow_exception

C++14

  • 小的版本更新，主要是勘误。C++14 Main Article
  • 新语言特性：
    • 泛型：变量模板、泛型lambda、
    • lambda：初值列捕获、右值补货
    • 构造：聚合类（一种特殊的类）具有默认构造函数、
    • 字面值：整数字面值内可以加入单引号'作为分隔符提升可读性（编译器会自动忽略），如999'999'999。
    • 模板元：constexpr对函数的要求放宽
  • 新库特性：
    • 内存：make_unique（制造unique_ptr更好的方法）
    • 并发：shared_timed_mutex、shared_lock
    • 模板元：integer_sequence编译期整型序列
    • 工具：exchange（交换并返回）、quoted（输出或输入带引号的字符串）

C++17

  • 大版本更新，合并了大量的新特性，废除了一些内容。C++17 Main Article
  • 移除：
    • 关键字：register、
    • 类型：auto_ptr、
    • 函数：random_shuffle()、旧的函数对象&适配器和binder、意外的异常抛出unexpected()
    • IO流别名：io_state/open_mode/seek_dir/streamoff/streampos（命名变更了）
    • 三字母词（trigraphs）：以??开头的三个字符，有特殊的转义含义，已被移除
    • bool类型禁止自增运算符
    • 动态异常说明：允许异常声明符标记一个父类，抛出异常是其子类即可。该特性已被移除。那如何判断是否抛出了意料之外的异常类型呢？
  • 废除：
    • 类型：std::iterator、raw_storage_iterator
    • 模板元：is_literal_type、result_of、result_of_t
    • 函数：get_temporary_buffer、
    • 头文件：本地化库codecvt
  • 新特性：
    • 字面值：字符字面值前缀符（u8、u、U、L）、
    • 语法：…现在叫折叠表达式了（4种形式的二元运算表达式）
    • 类型：noexcept成为函数签名的一部分、值类型变动（左值右值等）、几个新的attr声明符
    • 底层：求值顺序规则变动、inline变量（头文件也可以有变量定义）、强制拷贝构造优化（避免多次拷贝构造）、临时量实质化（也是为了避免出现不必要的拷贝）
    • 语法糖：lambda表达式可以捕获*this、lambda表达式可以使用constexpr描述符（即使不用也可能是隐式的）、结构化绑定（同时赋多个值给多个标识符，for里实用）、if和switch内可以先使用初始化语句序列（以;号结束）、using可以嵌套（using A::B::C {})、命名空间定义时也可以嵌套（namespace A::B {}）
    • 模板元：编译期条件语句（if constexpr表达式）、CTAD（模板元参数自动推导，对pair、tuple等很实用）、非类型模板参数可以使用auto声明类型
    • 宏：__has_include判断是否引入了某个头
  • 新库：
    • 工具：any通用包装类型、optional空或非空对象包装类型、variant一种类型安全的union、string_view高性能的只读字符串类型、charconv对C字符串转整/浮点型库
    • 内存：memory_resource
    • 辅助：execution用于指示泛型算法的执行策略（开发并行程序更简单）
    • 系统：filesystem文件系统
  • 新的库特性：
    • 工具：tuple（apply、make_from_tuple）、as_const左值转常量类型、not_fn非语义、
    • 算法：search字符串搜索算法、gcd最大公约数、lcm最小公倍数、clamp取三者的中值、reduce可并行非顺序的规约、xx_scan求前缀和、
    • 容器：非成员的std::size/empty/data函数、新的迭代器细分（老式连续内存迭代器）、map/set支持merge和extract、map/unordered_map接口扩展
    • 内存：destroy_at析构函数族、unintialize_move内存移动函数族、weak_from_this构造weak_ptr、std::pmr::memory_resource封装内存资源、std::pmr::polymorphic_allocator分配器和前面搭配使用、shared_ptr支持数组、new和new[]支持显式对齐、owner_less提供对于共享指针控制块的比较能力、
    • 对C兼容库的更新：
      • cstdlib：std::aligned_alloc申请内存并自动对齐。
      • cmath：hypot勾股求斜边、大量数学函数。由于cmath本身被numeric库包含，因此也可以使用。
      • cstddef：byte方便二进制运算的字节类型
      • ctime：timespec_get对timespec对象进行修改
    • 模板元：
      • 逻辑运算：conjunction合取、disjunction析取、negation否定
      • 基础类型值：大量的xxx_v类型（对xxx<T>::value简化）
      • 类型判断：is_swappable是否支持swap函数、is_invocable是否可调用、is_aggregate是否是聚合类型、has_unique_object_representations是否具备平凡可复制特性（主要用于判断类型是否可hash）
    • 其他：
      • 安全：launder提供对指针处对象的确定行为访问（和裸指针访问的未定义行为相对应）
      • 字符串：to_chars/from_chars位于charconv的实用函数
      • 并发：is_always_lock_free、scoped_lock获取多个锁、hardware_destructive_interference_size/hardware_constructive_interference_size优化数据共享的地址偏移来避免假共享、
      • 异常：uncaught_exceptions获取当前线程仍活跃的异常对象
      • chrono：对时间点和时间段提供floor、ceil、round等实用函数

C++20

  • 大版本更新，甚至比C++11当年的改动还大。四大更新：coroutine协程、module模块、range范围、concept概念。C++20 Main Article
  • 新的语言特性：
    • 宏：has_cpp_attribute()特性检测宏
    • 类型：比较类型的operator函数提供default方案（包括友元函数），聚合类的初始化改进（但仍有和C不兼容的写法）
    • 语法糖：range-for支持循环头初始化语句序列、lambda表达式可以捕获折叠表达式的展开、operator<=>三路比较运算符
    • 属性：新的attr（no_unique_address、likely等）
    • 关键字：char8_t保证能存储任何utf-8字符的类型
    • 模板元：constinit显式说明变量类型必须是静态初始化（零初始化或常量初始化）、consteval指示函数能且仅能工作在编译期、constexpr要求进一步放宽、将对类/函数模板的约束归纳为concept概念、函数模板缩略写法（利用auto）
    • 底层：规定有符号整型以补码形式实现、协程、模块
    • 缺陷修正：new可以自动推导数组长度（如new char[]{“hello”}）
  • 新库：
    • 全新：concepts、coroutine、
    • 范围：ranges提供大量对于范围的访问机制，通过创造范围视图来提升迭代器和算法的组合能力并提高安全性
    • 数值：bit位运算和字节序、numbers提供数学常量
    • 实用工具：compare大量比较函数、version提供语言特性支持情况的信息、source_location提供源代码信息（替换__FUNC__等内置宏）、format格式化输出、span任何连续内存的view对象（只能访问并不拥有）、syncstream数据无竞争无穿插的输出流
    • 并发：semaphore信号量、latch线程屏障、barrier线程屏障、stop_token和jthread配套的工具库（停止用）
  • 新库特性：
    • chrono：日历和时区控制
    • memory：make_shared支持数组、to_address获取实际地址的指针（从引用或指针）、assume_aligned告知编译期内存已对齐（编译器进行对新指针后续访问的优化，并不检查内存是否真对齐）、make_obj_using_allocator使用指定分配器构造一个对象、make_shared/unique_for_overwrite执行默认初始化（对于内置类型就是不初始化）的构造
    • memory_resource：polymorphic_allocator接口大改
    • 并发：atomic_char8_t、atomic<>对shared_ptr/weak_ptr/浮点类型的特化、jthread析构自动join、支持发送取消信号
    • 字符串：u8string、char8_t、函数starts_with/ends_with前后缀匹配、c8rtomb/mbrtoc8字符编码转换、
    • 模板元：对大量基础代码的constexpr化、类型萃取remove_cvref同时移除cv限定和引用、is_bounded_array检查是否为有边界数组（只有形如T[N]是有边界的）、is_unbounded_array
    • functional：bind_front生成转发调用包装（可绑定一部分实参）、
    • 容器：std::erase/erase_if统一的容器擦除手段、无序关联容器中的异质查找（即查找时用的key类型并不需要和容器原始key完全一致）、ssize有符号的size、
    • numeric：midpoint计算数值和指针中点、lerp插值、
    • 一些内置变量：execution中新增unseq、

C++23

  • To Be Continued

注1：一些在C++20、C++23决议被抛弃的特性将不再列出

注2：移除、废除的理由一般都是，设计理念始终没有较好的被实现，最终被移除。特性将会先标记废除，再在下一次的大版本中完全移除。

参考

  1. cppreference
  2. History of C++
  3. C89和C99区别
  4. 《C++17 the complete guide》，中文翻译版
  5. 《Modern C++ tutorial：C++11/14/17/20》，Github地址
  6. isocpp/CppCoreGuidelines

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