C++20亮点前瞻：协程、概念与更多改进
大家好！欢迎来到今天的C++20技术讲座。我是你们的讲师，今天我们将一起探讨C++20中的一些重要特性，包括协程（Coroutines）、概念（Concepts）以及其他改进。为了让这次讲座更加轻松有趣，我会用一些幽默的方式讲解这些技术点，并通过代码示例和表格帮助大家更好地理解。
开场白
在过去的几年里，C++社区一直在努力让这门语言变得更现代化、更高效、更易于使用。C++20作为C++17的继任者，带来了许多令人兴奋的新特性。今天我们不谈那些“老生常谈”的东西，比如模块化（Modules）或者范围for循环的改进，而是聚焦于协程、概念以及一些其他让人眼前一亮的小改进。
第一部分：协程（Coroutines）
什么是协程？
协程是一种允许函数暂停执行并在稍后恢复的能力。听起来很像多线程？其实不然！协程更像是一个可以中途“休息”的函数，它不会阻塞整个线程，而是可以通过co_await等关键字来控制暂停和恢复。
协程的核心组件
C++20引入了三个关键组件来支持协程：
- Promise：定义协程的行为。
- Handle：管理协程的状态。
- Awaitable：表示可以等待的对象。
示例代码
下面是一个简单的协程示例，展示了如何生成一个无限序列：
#include <coroutine>
#include <iostream>
struct Generator {
struct promise_type {
int current_value;
std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
void return_void() {}
void unhandled_exception() {}
std::suspend_always yield_value(int value) {
current_value = value;
return {};
}
Generator get_return_object() {
return Generator{std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)};
}
};
std::coroutine_handle<promise_type> handle;
Generator(std::coroutine_handle<promise_type> h) : handle(h) {}
~Generator() { if (handle) handle.destroy(); }
bool next(int &value) {
if (!handle.done()) {
handle.resume();
value = handle.promise().current_value;
return true;
}
return false;
}
};
Generator generate_integers() {
for (int i = 0; ; ++i) {
co_yield i;
}
}
int main() {
auto gen = generate_integers();
int value;
for (int i = 0; i < 10 && gen.next(value); ++i) {
std::cout << value << " ";
}
// 输出: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
}表格对比：传统回调 vs 协程
| 特性 | 回调函数 | 协程 |
|---|---|---|
| 代码复杂度 | 高（嵌套回调容易导致“回调地狱”） | 低（逻辑清晰，易于维护） |
| 上下文切换 | 线程级别 | 协程级别（轻量级） |
| 错误处理 | 复杂 | 更加直观 |
第二部分：概念（Concepts）
为什么需要概念？
在C++17及之前的版本中，模板编程的一个痛点是错误信息难以理解。例如，当你传递了一个不符合要求的类型时，编译器会输出一堆晦涩难懂的错误信息。而C++20的概念（Concepts）则提供了一种方式，让我们可以在编译时检查模板参数是否满足特定条件。
使用概念的示例
以下是一个简单的例子，展示如何使用概念来约束模板参数：
#include <concepts>
#include <iostream>
template <typename T>
concept Addable = requires(T a, T b) {
{ a + b } -> std::same_as<T>;
};
template <Addable T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}
int main() {
std::cout << add(1, 2) << std::endl; // 输出: 3
// add("hello", "world"); // 编译错误：std::string 不支持 Addable 概念
}表格总结：概念的优点
| 优点 | 描述 |
|---|---|
| 更清晰的错误信息 | 编译器可以直接告诉你哪个概念未被满足 |
| 提高代码可读性 | 模板参数的约束条件一目了然 |
| 支持编译期约束 | 在编译时捕获错误，而不是运行时 |
第三部分：其他改进
除了协程和概念，C++20还带来了一些其他的改进，这里我们简单列举几个亮点：
1. std::format
std::format 是 C++20 中新增的一个强大的格式化工具，类似于 Python 的 str.format。它比传统的 printf 或 std::stringstream 更安全、更灵活。
#include <format>
#include <iostream>
int main() {
std::string formatted = std::format("Hello, {}! You are {} years old.", "Alice", 25);
std::cout << formatted << std::endl; // 输出: Hello, Alice! You are 25 years old.
}2. std::span
std::span 提供了一种轻量级的视图机制，可以方便地操作数组或容器的一部分，而无需复制数据。
#include <span>
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::span<int> span(vec.data(), vec.size());
for (int i : span.subspan(1, 3)) {
std::cout << i << " "; // 输出: 2 3 4
}
}3. 范围库（Ranges Library）
范围库使得 STL 容器的操作更加简洁和直观。以下是一个使用范围库的示例：
#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
auto evens = vec | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });
for (int i : evens) {
std::cout << i << " "; // 输出: 2 4
}
}总结
C++20 是一门语言的重大升级，它不仅带来了协程和概念这样的重磅特性，还在标准库中增加了许多实用的功能。希望今天的讲座能够帮助大家对 C++20 有一个更全面的认识。如果你对某个特性特别感兴趣，不妨动手实践一下，你会发现它的魅力远不止于此！
最后，引用一句国外技术文档中的名言：“C++ is not just a language, it’s a way of thinking.”（C++不仅仅是一门语言，它是一种思维方式。）
谢谢大家！如果还有疑问，欢迎提问！