C++20概述[编辑 | 编辑源代码]

C++20是继C++17之后的重要标准更新，于2020年正式发布。它引入了许多新特性，显著提升了语言的表现力、安全性和开发效率。本章将全面介绍C++20的核心特性，帮助初学者和进阶开发者掌握其关键改进。

核心特性[编辑 | 编辑源代码]

概念（Concepts）[编辑 | 编辑源代码]

概念是C++20的核心特性之一，用于约束模板参数，使模板代码更清晰、更安全。它允许开发者明确指定模板参数必须满足的条件。

#include <concepts>
#include <iostream>

// 定义一个概念：可打印类型
template<typename T>
concept Printable = requires(T t) {
    { std::cout << t } -> std::same_as<std::ostream&>;
};

// 使用概念约束模板
void print(const Printable auto& value) {
    std::cout << value << std::endl;
}

int main() {
    print(42);      // 合法：int是可打印的
    print("Hello"); // 合法：const char*是可打印的
    // print(std::vector<int>{}); // 错误：vector不满足Printable概念
}

范围库（Ranges Library）[编辑 | 编辑源代码]

范围库提供了处理元素序列的高级抽象，简化了算法和视图的组合。

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6};

    // 使用视图过滤偶数并平方
    auto result = numbers 
        | std::views::filter([](int n) { return n % 2 == 0; })
        | std::views::transform([](int n) { return n * n; });

    for (int n : result) {
        std::cout << n << " "; // 输出：4 16 36
    }
}

协程（Coroutines）[编辑 | 编辑源代码]

协程支持挂起和恢复函数执行，为异步编程提供了新范式。

#include <coroutine>
#include <iostream>

// 简单的生成器协程
Generator<int> range(int start, int end) {
    for (int i = start; i < end; ++i) {
        co_yield i; // 挂起并返回值
    }
}

int main() {
    for (int i : range(1, 5)) {
        std::cout << i << " "; // 输出：1 2 3 4
    }
}

其他重要特性[编辑 | 编辑源代码]

三向比较（Spaceship Operator）[编辑 | 编辑源代码]

$< = >$ 运算符简化了比较操作的实现。

#include <compare>

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

int main() {
    Point p1{1, 2}, p2{1, 3};
    bool b = (p1 < p2); // 自动生成比较
}

模块（Modules）[编辑 | 编辑源代码]

模块取代了传统的头文件机制，提供更快的编译速度和更好的隔离性。

// math.cppm
export module math;

export int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// main.cpp
import math;

int main() {
    return add(2, 3);
}

实际应用案例[编辑 | 编辑源代码]

概念约束的算法[编辑 | 编辑源代码]

在泛型编程中，概念可以确保算法只接受合适的类型：

template<std::integral T>
T square(T x) {
    return x * x;
}

int main() {
    square(5);   // 合法
    // square(3.14); // 错误：double不满足std::integral
}

并行算法优化[编辑 | 编辑源代码]

C++20增强了并行算法的支持：

#include <algorithm>
#include <execution>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> data(1000000);
    std::sort(std::execution::par, data.begin(), data.end());
}

特性对比[编辑 | 编辑源代码]

总结[编辑 | 编辑源代码]

C++20通过引入概念、范围库、协程等特性，显著提升了语言的表达能力和开发效率。这些改进使C++在现代编程范式中保持竞争力，同时为开发者提供了更强大的工具。

掌握C++20特性将帮助您：

编写更安全、更清晰的模板代码
更高效地处理数据序列
实现复杂的异步逻辑
构建更模块化的项目结构

建议读者逐步尝试这些新特性，在实际项目中体验它们的优势。