Opus magnum C++. Wyprawa w głąb C++20. Tom 5 - ebook

Poznawaj C++20 tak, jakby tłumaczył Ci go doświadczony kolega, z którym siedzisz przy jednym biurku

C++20 to największa od czasu wersji z numerem 11 aktualizacja języka C++. Wprowadza dziesiątki nowych mechanizmów, pozwalających pisać kod, który jest nowocześniejszy, bezpieczniejszy, czytelniejszy i wygodniejszy w utrzymaniu.

Wyprawa w głąb C++20 to kolejny tom cenionego cyklu Opus magnum C++, poświęconego najważniejszym zagadnieniom związanym z językiem C++. Autor, korzystając z wieloletniego doświadczenia zdobytego w międzynarodowych projektach, prowadzi czytelników krok po kroku przez nowe możliwości standardu C++20. Tak jak w poprzednich tomach, trudniejsze kwestie wyjaśnia prostym, przyjaznym językiem, a dodatkowo ilustruje je licznymi przykładami i praktycznymi programami.

Czego się nauczysz?

• Poznasz nowe atrybuty, dzięki którym skuteczniej porozumiesz się z kompilatorem
• Nauczysz się korzystać z trójstanowego operatora porównania (<=>)
• Odkryjesz nowoczesne metody formatowania tekstu z użyciem std::format
• Poznasz mechanizmy std::ranges, które pozwalają wygodniej przetwarzać sekwencje danych
• Dowiesz się, czym są koncepty (concepts) i jak dzięki nim tworzyć bezpieczniejsze i bardziej przejrzyste szablony
• Nauczysz się budować moduły - jako nowoczesny sposób organizowania dużych projektów
• Poznasz korutyny, jedną z najciekawszych i najbardziej nowatorskich możliwości C++20

Jeżeli znasz wcześniejsze standardy C++, ta książka pokaże Ci, jak ogromny krok naprzód wykonał współczesny C++ i pomoże w pełni wykorzystać jego nowe możliwości.

Spis treści

0 Proszę tego nie czytać 1

• 0.1 Wyruszamy na kolejną wyprawę! 1

1 Nowe atrybuty w C++20 3

• 1.1 Atrybuty [[likely\ i [[unlikely\ 3
• 1.2 Atrybut [[nodiscard\ z tekstem 5
• 1.3 Atrybut [[no_unique_address\ do optymalizacji pamięci obiektu 6
• 1.4 Ćwiczenia 8

2 Trójstanowy operator porównania <=> 9

• 2.1 Operator porównania <=> dla typów całkowitych 9
• 2.2 Operator <=> wobec typów zmiennoprzecinkowych 10
• 2.3 Trzeci możliwy typ rezultatu <=>, czyli porównanie słabe (weak_ordering) 13
• 2.4 Operator <=> można zadeklarować jako = default 17
• 2.5 Składniki typu zmiennoprzecinkowego a = default 19
• 2.6 Konwersje między kategoriami porównañ 22
• 2.7 Jak strumieniem cout wypisać rezultat porównania słownie 23
• 2.8 Ćwiczenia 24

3 using enum - co za ulga w C++20! 26

• 3.1 Zwykłe enum (tzw. plain enum) 26
• 3.2 enum class - czyli zakresowy enum 27
• 3.3 C++20 pomaga uproscić zapis (using enum) 28
• 3.4 Ćwiczenia 31

4 Nowoczesne formatowanie tekstu - poznaj std::format 33

• 4.1 Funkcja std::format 33
• 4.2 Znacznik formatujący 34
• 4.3 Pole: id - indeks 35
• 4.4 Dwukropek - rozpoczyna część z określeniami sposobu formatowania 35
• 4.5 Pole formatowania: szerokość 35
  • 4.5.1 Szerokość sterowana argumentem (dynamicznie) 36
• 4.6 Pole: wyrównanie (justowanie) 37
• 4.7 Pole: wypełnienie (char) 37
• 4.8 Pole: znak (liczby dodatniej lub ujemnej) 38
• 4.9 Pole: prefix (podstawa systemu liczenia) 38
• 4.10 Pole: wiodące zera 38
• 4.11 Pole: specyfikacja typu wypisywania 39
• 4.12 Pole: precyzja, czyli dokładność 42
  • 4.12.1 Na zakończenie - dynamiczne podawanie dokładności 44
• 4.13 Przykłady złożonych znaczników 44
• 4.14 Ćwiczenia 45

5 Span 47

• 5.1 Geneza, czyli skąd ten pomysł? 47
• 5.2 std::span 51
• 5.3 Dalsze korzyści z klasy span<T> 54
• 5.4 Ciekawe funkcje składowe klasy std::span 57
• 5.5 Ćwiczenia 58

6 consteval, constinit - kiedy warto liczyć w compile-time 60

• 6.1 consteval - funkcje wykonywane tylko w trakcie kompilacji 60
  • 6.1.1 Tablica liczb obliczana w czasie kompilacji programu 64
• 6.2 constinit - inicjalizacja obiektów statycznych w czasie kompilacji 67
  • 6.2.1 constinit - bezpieczna inicjalizacja zmiennych globalnych 69
  • 6.2.2 Dobre praktyki: jak definiować i inicjalizować zmienne globalne 71
• 6.3 Kilka przypomnień i przestróg 72
• 6.4 Ćwiczenia - consteval i constinit 72

7 template<auto> w nowej odsłonie 74

• 7.1 Co to jest NTTP? 74
• 7.2 Przykłady różnych NTTP 75
  • 7.2.1 Stała zmiennoprzecinkowa jako NTTP w szablonie funkcji 75
  • 7.2.2 Stała zmiennoprzecinkowa jako NTTP w szablonie klasy 76
  • 7.2.3 Stała będąca obiektem klasy literalnej 77
  • 7.2.4 Stała będąca referencją do C-stringu 78
  • 7.2.5 Stała będąca pojemnikiem typu std::array 80
  • 7.2.6 Stały obiekt struktury (konfiguracja algorytmu) 80
  • 7.2.7 Stała NTTP będąca funkcja lambda z przydomkiem constexpr 82
• 7.3 Podsumowanie 83
• 7.4 Ćwiczenia 84

8 Nowości w C++20 dotyczące lambd 88

• 8.1 Przypomnienie 88
• 8.2 C++20 - lambdy z listą parametrów szablonu 89
• 8.3 Ćwiczenia 91

9 Koncepty w C++20 - jak szepnąć kompilatorowi, czego oczekujesz 93

• 9.1 Wymogi i koncepty 93
• 9.2 Gdzie można narzucać wymagania (koncepty)? 96
• 9.3 Porozmawiajmy bliżej o słowie kluczowym requires 97
• 9.4 Z czego może składać się zbiór wymogów? 98
• 9.5 Koncepty z biblioteki standardowej (koncepty standardowe) 99
  • 9.5.1 Podstawowe koncepty (warunki) dotyczące typów i ich relacji 100
  • 9.5.2 Koncepty związane z porównywaniem wartości 102
  • 9.5.3 Koncepty, które sprawdzają zachowania obiektów 102
  • 9.5.4 Koncepty dotyczące elementów, które można wywołać jak funkcje 103
  • 9.5.5 Koncept dotyczący wyniku wywołania 104
  • 9.5.6 Typ relacyjny 105
  • 9.5.7 Koncepty relacyjne (porównania i porządek) 107
• 9.6 Kwestia stylu 111
• 9.7 Łączenie konceptów: koniunkcja i alternatywa 112
• 9.8 Koncepty użyte w wyrażeniach lambda 114
  • 9.8.1 Parametry o typie wnioskowanym (auto) - czyli lambda bez jawnego <...> 114
  • 9.8.2 Lambda z parametrami szablonu - czyli lambda mająca <...> 116
• 9.9 Co tak naprawdę zmieniają koncepty w C++20? 117
• 9.10 Ćwiczenia 117

10 range - zakres sekwencji elementów 119

• 10.1 Przypomnienie o algorytmie std::sort 119
• 10.2 Wkraczamy w krainę ranges 121
• 10.3 Widoki na panoramę górską, czyli views 124
• 10.4 Zestawienie ciekawych funkcji-adapterów views:: 131
• 10.5 Adapter views::iota generujący ciąg liczb i widok 133
  • 10.5.1 Jak to wszystko właściwie działa "pod maską"? 135
• 10.6 Adapter views::elements 135
• 10.7 Adaptery views::values, views::keys 136
• 10.8 Adaptery strukturalne views::join, views::split i views::common 138
  • 10.8.1 Adapter views::common 141
• 10.9 Od strumienia do sekwencji: wczytywanie danych z użyciem ranges 142
  • 10.9.1 Idea: wczytywanie danych za pomocą biblioteki ranges 142
  • 10.9.2 Widok interpretujący strumień znaków ze stringu 143
  • 10.9.3 Widok interpretujący strumień znaków z pliku 145
  • 10.9.4 Widok interpretujący strumień z klawiatury jako dane typu int 147
• 10.10 Pojedynek strumień versus widok 148
• 10.11 Ćwiczenia 150

11 Nowe narzędzie: moduły 153

• 11.1 Pliki nagłówkowe - rozwiązanie z czasów przed C++20 153
• 11.2 Moduły - lepsza wersja nagłówków 154
• 11.3 Jak zbudowany jest plik modułu? 157
• 11.4 Jak to działa - co robi kompilator, gdy spotyka moduł? 163
• 11.5 Definicja klasy w module 163
  • 11.5.1 Mała, krótka klasa w module 163
  • 11.5.2 Moduł z bardziej rozbudowaną klasą 166
  • 11.5.3 Kiedy użyć którego sposobu? 172
• 11.6 Organizacja wiekszych modułów 173
  • 11.6.1 Moduł z partycjami 174
  • 11.6.2 Blok export i blok export namespace 179
  • 11.6.3 Sekcja prywatna w deklaracji modułu 182
• 11.7 Importowanie biblioteki standardowej 187
• 11.8 Jak udało mi się uruchomić moduły w praktyce? 187
  • 11.8.1 Konfiguracja krok po kroku w środowisku Qt Creator 188
• 11.9 Ćwiczenia 191

12 Korutyny 193

• 12.1 Skąd ten pomysł? 193
• 12.2 Korutyna - pierwsze starcie 197
• 12.3 Korutyna - jak to wszystko może działać? 200
• 12.4 Co naprawdę robi kompilator przy wywołaniu korutyny? 201
  • 12.4.1 Ad krok 2. - Jak naprawdę zbudowany jest Tsterownik_pracy? 204
  • 12.4.2 Ad krok 3. - Co w programie robi initial_suspend()? 207
  • 12.4.3 Ad krok 5. - Instrukcja co_yield to tak naprawdę jest co_await 208
  • 12.4.4 Ad krok 7. - Co robi funkcja final_suspend()? 210
• 12.5 Korutyna, która sukcesywnie dostarcza liczb (generator liczb) 212
• 12.6 Dwukierunkowa korutyna - rozmowa zamiast monologu 215
• 12.7 Korutyny, które przekazują sobie sterowanie 221
  • 12.7.1 Przykład programu z dwoma korutynami, które przekazuja sobie sterowanie 223
• 12.8 Gdy korutyna mówi: "Obudź mnie później" 231
• 12.9 Najprostsza pętla zdarzeñ 235
• 12.10 Refleksje o mechanice kończenia działania korutyny 240
• 12.11 Praktyczne użycie - od mechaniki do narzędzia 241
  • 12.11.1 ETAP 1. Sterownik, który zwraca wartość 242
  • 12.11.2 ETAP 2. Wersja z pilnowaniem własności ramki 244
  • 12.11.3 ETAP 3. Gdy jedna korutyna czeka na drugą 247
  • 12.11.4 ETAP 4. Wyjatki i propagacja błędów w korutynach 254
• 12.12 Pojedynek korutyny versus wątki 258
• 12.13 Symulacja komunikacji klient - serwer 261
  • 12.13.1 To jest paragraf dla zaawansowanych, znających operacje sieciowe 269
• 12.14 Na zakończenie 272
• 12.15 Ćwiczenia 273

13 Posłowie 274

Skorowidz 276

• !
  • #include compare 12
  • #pragma once 154
• A
  • adapter
  • adaptery
  • algorytm std::sort 119-120
  • algorytmy a span 56
  • alias enum class 31
  • alternatywa konceptów 112-113
  • animacja - dławienie się 197
  • architektura asynchroniczna 239
  • atrybut
  • automat stanów 197
  • await_ready() 219
  • await_resume() 219
  • await_suspend() 219
  • await_transform 219
  • awaiter 209
• B
  • BMI - Binary Module Interface 163
  • biblioteka
  • blok
  • bębenkowy licznik 186
• C
  • ciąg Fibonacciego 64
  • ciągłe sekwencje 47
  • co_await - z argumentem 238
  • co_await read(socket) 269
  • co_await write(socket) 269
  • co_return 242
  • co_yield 199, 203
  • common_reference_with 100
  • common_with 100
  • compare (#include) 12
  • consteval 60-73
  • constexpr
  • constinit 67-71
  • convertible_to 100
  • copyable 102-103
  • coroutine_handle promise_type > 206
  • coroutine_handle< promise_type > 228
  • część implementacyjna modułu 171
  • część interfejsowa modułu 156
  • część przedmodułowa 171
• D
  • deklaracja
  • derived_from 100
  • dokładność podawana dynamicznie 44
  • done() 240
  • dwukropek w polu formatowania 35
  • dynamiczne podawanie dokładności 44
  • dyrektywy preprocesora
  • dyspozytor 221, 227, 240, 269
  • dławienie się animacji 197
• E
  • eksportowane nazwy modułu 156
  • enum class 27
  • enum plain 26
  • equality_comparable 102
  • equality_comparable_with 102
  • equivalence_relation 107
  • equivalent 11, 13
  • export module - instrukcja 157-158
  • extern constinit 71
• F
  • Fibonacciego ciąg 64
  • fabryka widoków 145
  • final_suspend() 201, 210
  • floating_point (koncept) 100
  • format 33
  • from_promise(*this) 206
  • funkcja format a mainpulatory 40
  • funkcja natychmiastowa 60
• G
  • generator liczb 212-214
  • get_return_object 202, 206
  • globalny fragment modułu 157, 160
  • greater 11
• H
  • harmonogram 239
• I
  • immediate function 60
  • implementacja 166
  • implementacyjna
  • import partycji modułu 177
  • importowanie biblioteki standardowej 187
  • indeks
  • initial_suspend() 201-202, 207
  • instrukcja module 157
  • integral (koncept) 100
  • interfejs modułu 182
  • interfejs znaczeniowy 117
  • invocable 103
  • iteracja 121
  • ixx 166
• J
  • jednoprzebiegowy zakres 142
  • jednoznaczna własność ramki 244
  • justowanie 37
• K
  • kategorie znaczeniowe 95
  • klasa
  • klient - serwer komunikacja 261-271
  • komunikacja klient - serwer 261-271
  • koncept 93
  • koncepty
  • koniunkcja konceptów 112-113
  • konstruktor przenoszący 246
  • konwersje między kategoriami porównań 22
  • korutyna
  • koszt przełączania 259
• L
  • lambda
  • lenistwo 128-130
  • less 11
  • liczba jednoczesnych zadań 260
  • licznik bębenkowy 186
  • likely - atrybut 3
  • lokalny zakres
• M
  • makrodefinicje
  • manipulatory a funkcja format 40
  • maszyna stanów 197
  • module
  • moduł
  • moduły 153-192
  • movable 102
• N
  • natychmiastowa funkcja 60
  • nazwa kwalifikowana
  • nazwany warunek kompilacyjny 94
  • nodiscard - atrybut 5
  • noop_coroutine() 228
  • nttp - NTTP 74
• O
  • One Definition Rule - ODR 154
  • obiekt
  • odraczanie, rodzaj oszczędności 130
  • operacje asynchroniczne 269
  • operacje sieciowe 268
  • operator
  • operator statku kosmicznego 9
  • operatory porównania w pakiecie 19
• P
  • Perl 9
  • partial_ordering 11, 23
  • partycje modułu 174
  • pieczenie herbatników 124
  • plain enum 26
  • plik
  • pole formatowania 34
  • policy_type 200
  • port USB - jako span 54
  • poziome przekazanie sterowania korutyn 223
  • pragma once 154
  • precyzja czyli dokładność 42-43
  • predicate 105
  • prefix (podstawa systemu liczenia) 38
  • preprocesora dyrektywy
  • private module fragment 183
  • promise_type 200
  • protokół oczekiwania 219
  • prywatny fragment modułu 182
  • przekazywanie sterowania 230
  • przenoszący operator przypisania 246
  • przeplatanie operacji READ i WRITE 268
  • przeładowanie trójstanowego op. 15
  • przełączanie wykonywania 259
  • przynależność modułu 171
  • punkty zawieszenia 220
  • pusta klasa 6
  • pętla zdarzeń 235-239
• R
  • ramka korutyny 200-201
  • ranges - biblioteka 119
  • ranges::filter 127
  • ranges::find 124
  • ranges::istream_view 144
  • ranges::sort 123
  • ranges::transform 124
  • regular 103
  • regular_invocable 103
  • relacyjny typ 105
  • relation 107
  • requires 95
  • resume() 198, 203
  • rethrow_exception() 254
  • return_void() 201
  • rezultat porównania słownie 23
  • równoległość 260
• S
  • śruby - przykład 14
  • same_as 100
  • scheduler 221, 239-240
  • sekcja
  • sekcja globalna modułu 157
  • sekwencja elementów 121
  • semiregular 102
  • serwer sieciowy 261
  • signed_integral (koncept) 100
  • spaceship operator 9
  • span 51-53
  • span::back() 58
  • span::data() 58
  • span::empty() 58
  • span::first 58
  • span::front() 58
  • span::last 58
  • span::size() 58
  • span::size_bytes() 58
  • span::subspan 58
  • spanning pointer 51
  • specyfikacja typu wypisywania 39-41
  • statku kosmicznego - operator 9
  • stałe odwieczne 63
  • std::common_reference_with 100
  • std::common_with 100
  • std::convertible_to 100
  • std::copyable 102-103
  • std::derived_from 100
  • std::equality_comparable 102
  • std::equality_comparable_with 102
  • std::equivalence_relation 107
  • std::floating_point 100
  • std::integral 100
  • std::invocable 103
  • std::movable 102
  • std::predicate 105
  • std::regular 103
  • std::regular_invocable 103
  • std::relation 107
  • std::same_as 100
  • std::semiregular 102
  • std::signed_integral 100
  • std::sort 119-120
  • std::strict_weak_order 107
  • std::totally_ordered 102
  • std::totally_ordered_with 102
  • std::unsigned_integral 100
  • sterownik korutyny 202
  • sterownik pracy korutyny 204
  • strażnik nagłówka 154
  • strict_weak_order 107
  • string formatujący 33
  • strong_ordering 10, 23
  • suspend_always 207
  • suspend_never 207
  • system asynchroniczny 239
  • szablonowa lambda 89
  • szerokość - pole formatowania 35-36
  • szerokość sterowana argumentem (dynamicznie) 36
• T
  • tablica
  • template i auto 74
  • totally_ordered 102
  • totally_ordered_with 102
  • trójstanowy operator porównania 9-25
  • typ o jawnej strukturze 84
  • typ relacyjny 105
• U
  • USB port jako span 54
  • uchwyt korutyny 228
  • unhandled_exception() 240, 254
  • union 7
  • unlikely - atrybut 4
  • unordered 11
  • unsigned_integral (koncept) 100
  • using enum 28-30
  • using namespace std
• V
  • view 124-130
  • views::all 132
  • views::common 132, 138-141
  • views::counted 132
  • views::drop 132
  • views::drop_while 131
  • views::elements 131, 135
  • views::empty 132
  • views::filter 131
  • views::iota 132-134
  • views::istream 144
  • views::join 132, 138-141
  • views::key 132
  • views::keys 136-137
  • views::reverse 129, 132
  • views::split 132, 138-141
  • views::take 132
  • views::take_while 129, 131
  • views::transform 128, 131
  • views::values 132, 136-137
• W
  • warunek wznowienia korutyny 239
  • weak_ordering 13-16, 23
  • widok (view) 128
  • wiodące zera 38
  • wnętrze modułu 156, 160
  • wyjątki w korutynach 254
  • wymogi
  • wypełnienie 37
  • wypisywanie liczb zmiennoprzecinkowych 40
  • wyrównanie 37
  • właściciel ramki korutyny 241
  • wątki a korutyny 258-260
• Y
  • yield 199
  • yield_value 201, 208
• Z
  • zagnieżdżenie klasy 227
  • zakres
  • zakresowy enum 27
  • zakresowy for a span 56
  • zasada jednej definicji (ODR) 154, 163
  • zbiór wymogów 98
  • zdarzeń pętla 235-239
  • zewnętrzny wizerunek (interfejs) modułu 182
  • znacznik formatujący 34
  • znaczniki stringu formatującego 33
  • znak (liczby dodatniej lub ujemnej) 38
  • zniszczenie korutyn 268
  • zużycie pamięci 259