C++17

C++17 是C++標準委員會於2017年制定的標準（ISO/IEC 14882），接替C++14標準，後被C++20標準取代。

## 歷史

在C++標準委員會制定此次的三年期標準之前，C++17標準的發布日期是不確定的。在這段日期中，C++17草案（draft）也被稱為C++1z，正如C++11草案名C++0x或C++1x，C++14草案名C++1y。C++17標準於2017年3月完成國際標準草案（Draft International Standard DIS）階段，並於同年12月完成最終標準發布。17標準對C++語法進行了加強，並對標準模板庫進行了些許修改，如給庫中演算法增加了執行策略execution以支持並行計算。

## 新功能

- 靜態斷言`static_assert`無需提供出錯資訊
- 移除 trigraphs
- 具有模板形式的模板（template template）參數允許使用 typename（之前僅允許使用 class）
- std::uncaught_exceptions 取代 std::uncaught_exception
- 變長參數模板的Folding運算
- 容器存取操作表示方法的統一化（Uniform container access）
- 連續型迭代器（Contiguous Iterators）
- 新增特殊數學函數
- 引進Library Fundamentals TS I中的內容

### 新的語言特性

#### 類模板的模板參數推導

類模板的構造函數能自動推導模板參數的類型(Class template argument deduction, CTAD)。例如允許以`pair(5.0, false)` 取代`pair<double,bool>(5.0, false)`

但是，類模板如果沒有構造函數：

```cpp
template <typename T = float>
struct MyContainer {
  T val;  //没有写构造函数，只有公有成员变量（聚合类型 aggregate）
  // ...
};
template<typename T>
MyContainer (T) -> MyContainer <T>;
// ↑ 模式        ↑ 推导结果

MyContainer c1 {1}; // OK MyContainer<int> 花括号聚合初始化，C++17 自带隐式 CTAD
MyContainer c2(3.14); // OK MyContainer<float> CTAD会基于构造函数参数进行推导
```

任何指定變量或變量模板的初始化的聲明，其聲明的類型是類模板（可能是 cv 限定的）。如`std::pair p(2, 4.5); // deduces to std::pair<int, double> p(2, 4.5);` `new`表達式，如`template<class T>struct A{ A(T, T);}; auto y = new A{1, 2}; // allocated type is A<int>`

#### 用auto聲明非類型模板參數

依據auto的推到規則，在可允許類型的非類型模板參數情況下，可從實參類型推導出模板參數：

```cpp
template <auto... seq>
struct my_integer_sequence {
  // Implementation here ...
};

// Explicitly pass type `int` as template argument.
auto seq = std::integer_sequence<int, 0, 1, 2>();
// Type is deduced to be `int`.
auto seq2 = my_integer_sequence<0, 1, 2>();
```

#### 摺疊表達式

摺疊表達式在運算符上執行模板參數包的展開計算。

- 單元摺疊：形如 (... op e) or (e op ...)表達式，其中 op 是摺疊運算符，e 是未展開的模板參數包。
- 二元摺疊：形如(e1 op ... op e2)表達式，其中 op 是摺疊運算符，e1或e2 是未展開的模板參數包。

```cpp
template <typename... Args>
bool logicalAnd(Args... args) {
    // Binary folding.
    return (true && ... && args);
}
bool b = true;
bool& b2 = b;
logicalAnd(b, b2, true); // == true

template <typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    // Unary folding.
    return (... + args);
}
sum(1.0, 2.0f, 3); // == 6.0
```

#### 大括號初始化列表的新的自動推導規則

以前`auto x {3};` 將被推導為`std::initializer_list<int>`, 現在推導為`int`。

```cpp
auto x1 {1, 2, 3}; // error: not a single element
auto x2 = {1, 2, 3}; // x2 is std::initializer_list<int>
auto x3 {3}; // x3 is int
auto x4 {3.0}; // x4 is double
```

#### constexpr lambda

```cpp
auto identity = [](int n) constexpr { return n; };
static_assert(identity(123) == 123);

constexpr auto add = [](int x, int y) {
  auto L = [=] { return x; };
  auto R = [=] { return y; };
  return [=] { return L() + R(); };
};

static_assert(add(1, 2)() == 3);

constexpr int addOne(int n) {
  return [n] { return n + 1; }();
}

static_assert(addOne(1) == 2);
```

#### Lambda函數中按值捕獲this指針

以前this指針在lambda函數只能按引用捕獲。現在 *this 捕獲對象的副本，而 this (C++11)繼續捕獲引用。

```cpp
struct MyObj {
  int value {123};
  auto getValueCopy() {
    return [*this] { return value; };
  }
  auto getValueRef() {
    return [this] { return value; };
  }
};
MyObj mo;
auto valueCopy = mo.getValueCopy();
auto valueRef = mo.getValueRef();
mo.value = 321;
valueCopy(); // 123
valueRef(); // 321
```

#### 內聯變量

過去關鍵字inline可用於函數聲明，現在也可以用於變量聲明，表示函數或定義可定義（但內容必須完全相同）多次。這允許在頭文件中定義一個內聯變量。

- 內聯的函數或變量必須在編譯單元內可達（但不一定在訪問點之前）
- 在每個編譯單元中都是內聯聲明的
- 內聯變量必須是靜態存儲器（類靜態成員或命名空間作用域變量），不能用於塊作用域變量或函數作用域變量。

```cpp
struct S {
  S() : id{count++} {}
  ~S() { count--; }
  int id;
  static inline int count{0}; // declare and initialize count to 0 within the class
};
```

#### 嵌套的命名空間

如下：

```cpp
namespace A {
  namespace B {
    namespace C {
      int i;
    }
  }
}

//The code above can be written like this:

namespace A::B::C {
  int i;
}
```

#### 結構化綁定

變量定義初始化時，允許形如`auto [ x, y, z ] = expr;`，其中expr的「元組類似的對象」包括`std::tuple, std::pair, std::array`等聚合結構。

```cpp
using Coordinate = std::pair<int, int>;
Coordinate origin() {
  return Coordinate{0, 0};
}

const auto [ x, y ] = origin();
x; // == 0
y; // == 0

std::unordered_map<std::string, int> mapping {
  {"a", 1},
  {"b", 2},
  {"c", 3}
};

// Destructure by reference.
for (const auto& [key, value] : mapping) {
  // Do something with key and value
}
```

#### 帶初始化的選擇語句

if和switch語句允許如下的變量聲明和初始化：

```cpp
{
  std::lock_guard<std::mutex> lk(mx);
  if (v.empty()) v.push_back(val);
}
// vs.
if (std::lock_guard<std::mutex> lk(mx); v.empty()) {
  v.push_back(val);
}

Foo gadget(args);
switch (auto s = gadget.status()) {
  case OK: gadget.zip(); break;
  case Bad: throw BadFoo(s.message());
}
// vs.
switch (Foo gadget(args); auto s = gadget.status()) {
  case OK: gadget.zip(); break;
  case Bad: throw BadFoo(s.message());
}
```

#### constexpr if

```cpp
//适用场景1：简化模版偏特化的写法
template <typename T>
constexpr bool isIntegral() {
  if constexpr (std::is_integral<T>::value) {
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}
static_assert(isIntegral<int>() == true);
static_assert(isIntegral<char>() == true);
static_assert(isIntegral<double>() == false);
struct S {};
static_assert(isIntegral<S>() == false);

//适用场景2：编写变参模版函数
template<int N, int...Ns>
int Sum()
{
  if constexpr(0 == sizeof...(Ns))
    return N;
  else
    return N+Sum<Ns...> ();
}

//使用场景3：替代enable_if。编写模板函数时，经常要使用enable_if语句来进行静态类型检查，保证模板输入的类型满足某种要求
template <typename T>
bool IsOdd(T input){
 if constexpr (std::is_integral<T>::value) //
   return static_cast<bool>(input % 2);
}
```

#### utf8字面量

如下：

```cpp
char x = u8'x';
```

#### 枚舉類型變量直接用大括號初始化

```cpp
enum byte : unsigned char {};
byte b {0}; // OK
byte c {-1}; // ERROR
byte d = byte{1}; // OK
byte e = byte{256}; // ERROR
```

#### fallthrough, nodiscard, maybe_unused特性

C++17 引入了3個特性（attribute）: fallthrough, nodiscard, maybe_unused.

```cpp
//fallthrough指示编译器直通一个switch语句：
switch (n) {
  case 1: 
    // ...
    [[fallthrough]]
  case 2:
    // ...
    break;
}

//nodiscard引发一个警告，当具有该特性的函数或类的返回值被忽略：
[[nodiscard]] bool do_something() {
  return is_success; // true for success, false for failure
}

do_something(); // warning: ignoring return value of 'bool do_something()',
                // declared with attribute 'nodiscard'

// Only issues a warning when `error_info` is returned by value.
struct [[nodiscard]] error_info {
  // ...
};

error_info do_something() {
  error_info ei;
  // ...
  return ei;
}

do_something(); // warning: ignoring returned value of type 'error_info',
                // declared with attribute 'nodiscard'

//maybe_unused告诉编译器变量或参数可能未被使用：
void my_callback(std::string msg, [[maybe_unused]] bool error) {
  // Don't care if `msg` is an error message, just log it.
  log(msg);
}
```

#### __has_include運算符

__has_include運算符用在#if 和 #elif表達式，以檢查是否一個頭文件或源文件可否包含。

```cpp
//下例有两个相同作用的头文件，如果主文件不能包含， 就使用backup/experimental头文件：
#ifdef __has_include
#  if __has_include(<optional>)
#    include <optional>
#    define have_optional 1
#  elif __has_include(<experimental/optional>)
#    include <experimental/optional>
#    define have_optional 1
#    define experimental_optional
#  else
#    define have_optional 0
#  endif
#endif

//也可以用在不同位置、不同名字但具有相同地位的头文件的包含：
#ifdef __has_include
#  if __has_include(<OpenGL/gl.h>)
#    include <OpenGL/gl.h>
#    include <OpenGL/glu.h>
#  elif __has_include(<GL/gl.h>)
#    include <GL/gl.h>
#    include <GL/glu.h>
#  else
#    error No suitable OpenGL headers found.
# endif
#endif
```

### 新的庫特性

#### std::variant

std::variant模板類實現了類型安全的union

```cpp
std::variant<int, double> v{ 12 };
std::get<int>(v); // == 12
std::get<0>(v); // == 12
v = 12.0;
std::get<double>(v); // == 12.0
std::get<1>(v); // == 12.0
```

#### std::optional

std::optional類模板可能包含一個值或者可能不包含值：

```cpp
std::optional<std::string> create(bool b) {
  if (b) {
    return "Godzilla";
  } else {
    return {};//或者 return std::nullopt;
  }
}

create(false).has_value();//返回true或false
*create(false);//返回值；如果无值，则返回T()
create(false).value_or("empty"); // == "empty"
create(true).value(); // == "Godzilla"
// optional-returning factory functions are usable as conditions of while and if
if (auto str = create(true)) {
  // ...
}
```

#### std::any

std::any模板類是類型安全的包含任何類型的值：

```cpp
std::any x {5};
x.has_value() // == true
std::any_cast<int>(x) // == 5
std::any_cast<int&>(x) = 10;
std::any_cast<int>(x) // == 10
```

#### std::string_view

std::string_view類是不擁有字串的情況可以讀取其值：

```cpp
// Regular strings.
std::string_view cppstr {"foo"};
// Wide strings.
std::wstring_view wcstr_v {L"baz"};
// Character arrays.
char array[3] = {'b', 'a', 'r'};
std::string_view array_v(array, std::size(array));

std::string str {"   trim me"};
std::string_view v {str};
v.remove_prefix(std::min(v.find_first_not_of(" "), v.size()));
str; //  == "   trim me"
v; // == "trim me"
```

std::string_view不提供c_str成員函數。

#### std::invoke

std::invoke用於調用「可調用對象」。

```cpp
template <typename Callable>
class Proxy {
  Callable c;
public:
  Proxy(Callable c): c(c) {}
  template <class... Args>
  decltype(auto) operator()(Args&&... args) {
    // ...
    return std::invoke(c, std::forward<Args>(args)...);
  }
};
auto add = [](int x, int y) {
  return x + y;
};
Proxy<decltype(add)> p {add};
p(1, 2); // == 3
```

#### std::apply

std::apply把std::tuple參數應用於可調用對象：

```cpp
auto add = [](int x, int y) {
  return x + y;
};
std::apply(add, std::make_tuple(1, 2)); // == 3
```

#### std::filesystem

std::filesystem可操作文件、目錄、路徑：

```cpp
const auto bigFilePath {"bigFileToCopy"};
if (std::filesystem::exists(bigFilePath)) {
  const auto bigFileSize {std::filesystem::file_size(bigFilePath)};
  std::filesystem::path tmpPath {"/tmp"};
  if (std::filesystem::space(tmpPath).available > bigFileSize) {
    std::filesystem::create_directory(tmpPath.append("example"));
    std::filesystem::copy_file(bigFilePath, tmpPath.append("newFile"));
  }
}
```

#### std::byte

std::byte類型既不是字符類型，也不是算術類型，實際上是枚舉類型：

```cpp
std::byte a {0};
std::byte b {0xFF};
int i = std::to_integer<int>(b); // 0xFF
std::byte c = a & b;
int j = std::to_integer<int>(c); // 0
```

#### maps 和 sets 上更有效率地移動節點

零開銷的節點操作：

```cpp
//Moving elements from one map to another:
std::map<int, string> src {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "buckle my shoe"}};
std::map<int, string> dst {{3, "three"}};
dst.insert(src.extract(src.find(1))); // Cheap remove and insert of { 1, "one" } from `src` to `dst`.
dst.insert(src.extract(2)); // Cheap remove and insert of { 2, "two" } from `src` to `dst`.
// dst == { { 1, "one" }, { 2, "two" }, { 3, "three" } };

//Inserting an entire set:
std::set<int> src {1, 3, 5};
std::set<int> dst {2, 4, 5};
dst.merge(src);
// src == { 5 }
// dst == { 1, 2, 3, 4, 5 }

//Inserting elements which outlive the container:
auto elementFactory() {
  std::set<...> s;
  s.emplace(...);
  return s.extract(s.begin());
}
s2.insert(elementFactory());

//Changing the key of a map element:
std::map<int, string> m {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
auto e = m.extract(2);
e.key() = 4;
m.insert(std::move(e));
// m == { { 1, "one" }, { 3, "three" }, { 4, "two" } }
```

#### 並行演算法

許多STL演算法，如copy, find 和 sort，支持並行執行政策：seq, par, par_unseq, unseq分別表示"sequentially", "parallel", "parallel unsequenced", "unsequenced".

```cpp
std::vector<int> longVector;
// Find element using parallel execution policy
auto result1 = std::find(std::execution::par, std::begin(longVector), std::end(longVector), 2);
// Sort elements using sequential execution policy
auto result2 = std::sort(std::execution::seq, std::begin(longVector), std::end(longVector));
```