[译]C++17, 语言核心层变化的更多细节

在之前的文章中，我介绍了一些c++++17语言核心层的变化。这次我将详细探讨更多相关的细节，涉及的主题包括：内联变量（inline variables）、模板、auto相关的自动类型推导以及属性（attributes）。

C++标准整体的特性时间线

上图列出了C++17的主要特性，而本文将介绍一些不太为人所知的特性。

内联变量（Inline variables）过去我们不将C++代码打包成仅含头文件的程序库（header-only libraries）的一个主要原因是为了正确处理相同的变量引用。C++17引入了内联变量，解决了这个问题！现在你可以声明内联的全局变量和静态变量了，相关的规则限制与内联函数一致。

这意味着：

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你可以重复定义一个内联变量，但该内联变量必须在使用它的编译单元中可见。一个全局内联变量（即非静态内联变量）必须在每一个编译单元中进行声明，并且该全局内联变量在每一个编译单元中都有相同的内存地址。现在你能直接在头文件中声明（内联）变量并且多次包含它们（包含对应的头文件）了！

class Widget{
  public:
    Widget() = default;
    Widget(int w): width(w), height(getHeight(w)){}
    Widget(int w, int h): width(w), height(h){}
  private:
    int getHeight(int w){ return w*3/4; }
    static inline int width= 640;
    static inline int height= 480;
    static inline bool frame= false;
    static inline bool visible= true;
    ...;
};
inline Widget wVGA;

auto可以根据其初始化表达式自动推导变量类型。在C++17中，auto的这种自动类型推导能力进一步增强了。借助auto，函数模板和（类模板的）构造函数的模板参数可以根据其参数自动进行类型推导（细节介绍），非类型模板参数的类型也可以从参数中自动推导出来。下面我将介绍一下非类型模板参数的自动类型推导。

非类型模板参数（non-type template parameters）的自动类型推导首先要说明一下哪些属于非类型模板参数：它们是nullptr、整型、左值引用、指针以及枚举类型。下面的讲解主要以整型为主。

说了这么多理论，是时候看个示例了：

template 
class MyClass{
  ...;
};
template 
class MyClass {
  ...;
};
MyClass myClass2;     // Primary template for char
MyClass myClass1;   // Partial specialisation for int

第1行代码中，通过将模板参数声明为auto，编译器便可以自动推导非类型模板参数（第1行代码中的N）的类型了，你甚至可以像示例代码中那样（第7和第8行）偏特化该模板（示例代码中为int类型进行了偏特化）。第13行代码的模板会依据原始模板（示例中的第一个模板）进行实例化，而第14行代码的实例化依据的则是偏特化模板版本（示例中的第二个模板）。

一般的类型修饰符也可以用在非类型模板参数上，所以很多时候，你不必非得使用模板偏特化来限制非类型模板参数的类型。

template 
struct S;

上述代码中，p被限制成必须是常量指针类型。

即便在可变参数模板中，非类型模板参数也可以进行自动类型推导。

template 
class VariadicTemplate{
  ...;
};
template 
class TypedVariadicTemplate{
  ...;
};

示例代码中，模板VariadicTemplate（第1行至第5行）可以对任意数量的非类型模板参数进行自动类型推导，而TypeVariadicTemplate模板（第7行至第11行）则仅会自动推导第一个非类型模板参数的类型，其余非类型模板参数的类型都与第一个非类型模板参数的类型相同。

C++17更改了auto结合使用列表初始化的规则。

auto结合使用{}初始化在C++17之前，如果你结合使用auto和列表初始化，你会得到一个std::initializer_list。

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auto initA{1};          // std::initializer_list
auto initB = {2};       // std::initializer_list
auto initC{1, 2};       // std::initializer_list
auto initD = {1, 2};    // std::initializer_list

这个规则很容易记忆，也很容易教授，但在C++17中，这个规则变复杂了（个人感觉这个改动并不好）。

auto initA{1};          // int
auto initB = {2};       // std::initializer_list
auto initC{1, 2};       // error, no single element
auto initD = {1, 2};    // std::initializer_list

现在，使用初始化列表进行赋值依然会得到类型std::initializer_list，但使用初始化列表进行复制构造却只支持单个数值了，得到的类型也不再是std::initializer_list，而是对应的初始化数值类型。

接下来让我们来看一些小而美的特性。

Nested namespaces在C++17中，你可以非常简便地定义嵌套的命名空间。

相比之前的写法：

namespace A {
  namespace B {
    namespace C {
      ...;
    }
  }
}

C++17中的写法要简明很多：

namespace A::B::C {
  ...;
}

C++17新增了三个属性[[fallthrough]]、[[nodiscard]]和[[maybe_unused]]。

新增的三个属性fallthrough、nodiscard、maybe_unused这三个属性都是为了处理编译器警告，下面的例子来自于cppreference.com。

fallthrough[[fallthrough]]可以在switch语句中使用，他必须单独占据一行代码，并且后面需要跟随一个case标签（或者default标签）语句，以此来说明代码从[[fallthrough]]的前一个标签“落下”（继续执行后面标签的逻辑，而不break）是有意为之的，编译器不应该诊断其为警告。

这里有个例子：

void f(int n) {
  void g(), h(), i();
  switch (n) {
    case 1:
    case 2:
      g();
      [[fallthrough]];
    case 3: // no warning on fallthrough
      h();
    case 4: // compiler may warn on fallthrough
      i();
      [[fallthrough]]; // ill-formed, not before a case label
  }
}

代码第9行的[[fallthrough]]属性抑制了编译器的编译警告，但是代码第12行由于缺少[[fallthrough]]属性，编译器便有可能产生告警。第14行代码的[[fallthrough]]声明是病态的，因为其后没有跟随case标签（或者default标签）。

nodiscard[[nodiscard]]属性可以用于函数声明、枚举声明以及类声明中。如果你丢弃了一个声明为[[nodiscard]]的函数的返回值，编译器就会产生一个编译警告。同样地，如果你丢弃了函数中返回的（声明为）[[nodiscard]]枚举或者（声明为）[[nodiscard]]类，编译器同样会给出警告，抑制该类警告的一种方法就是对返回值进行一次void转型操作。

下面的示例中，第6行代码会产生一个编译警告，但在第12行代码中，由于foo函数返回的是引用类型（虽然引用类型本身是[[nodiscard]]属性），所以不会产生编译警告。

struct [[nodiscard]] error_info {};
error_info enable_missile_safety_mode();
void launch_missiles();
void test_missiles() {
  enable_missile_safety_mode(); // compiler may warn on discarding a nodiscard value
  launch_missiles();
}
error_info& foo();
void f1() {
  foo(); // nodiscard type is not returned by value, no warning
}

maybe_unused可以使用[[maybe_unused]]的地方很多：类、typedef、变量、非静态成员变量、函数、枚举类型或者枚举值。[[maybe_unused]]可以抑制编译器对于代码中未使用实体的编译警告。

void f([[maybe_unused]] bool thing1,
       [[maybe_unused]] bool thing2){
  [[maybe_unused]] bool b = thing1;
  assert(b); // in release mode, assert is compiled out
}

release模式下，上面第5行代码在编译时会被移除，但是由于我们之前为b声明了[[maybe_unused]]属性，所以编译器不会产生警告，同样地，虽然代码中也没有使用参数thing2，但是由于thing2也声明了[[maybe_unused]]属性，所以也不会产生编译警告。