Modern C++ Tutorial: C++11/14/17/20 On the Fly

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Changkun Ou (hi[at]changkun.de)

Last update: August 28, 2021 Notice

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License

This work was written by Ou Changkun and licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

1

2

CONTENTS

Contents

CONTENTS

Preface

8

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Targets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Chapter 01: Towards Modern C++

9

1.1 Deprecated Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2 Compatibilities with C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Chapter 02: Language Usability Enhancements

13

2.1 Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

nullptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

constexpr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2 Variables and initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

if-switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Initializer list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Structured binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3 Type inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

auto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

decltype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

tail type inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

decltype(auto) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4 Control flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

if constexpr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Range-based for loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.5 Templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3

CONTENTS

CONTENTS

Extern templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

The ">" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Type alias templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Variadic templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Fold expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Non-type template parameter deduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.6 Object-oriented . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Delegate constructor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Inheritance constructor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Explicit virtual function overwrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

override . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Explicit delete default function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Strongly typed enumerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Chapter 03: Language Runtime Enhancements

37

3.1 Lambda Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Generic Lambda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2 Function Object Wrapper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

std::function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

std::bind and std::placeholder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.3 rvalue Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

lvalue, rvalue, prvalue, xvalue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

rvalue reference and lvalue reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Move semantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Perfect forwarding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4

CONTENTS

CONTENTS

Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Chapter 04 Containers

50

4.1 Linear Container . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

std::array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

std::forward_list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.2 Unordered Container . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3 Tuples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Basic Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Runtime Indexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Merge and Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Chapter 05 Smart Pointers and Memory Management

56

5.1 RAII and Reference Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.2 std::shared_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.3 std::unique_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.4 std::weak_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Chapter 06 Regular Expression

62

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Ordinary characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Special characters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Quantifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.2 std::regex and Its Related . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Chapter 07 Parallelism and Concurrency

67

5

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