第五节 · 俄罗斯套娃 · 局部类与嵌套类

C++ 持续演进，让我们来看看最新标准中的一些重要特性。

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结构化绑定（C++17）

int main()
{
    // 解构 pair
    pair<int, string> p = {42, "hello"};
    auto [num, str] = p;
    cout << num << ", " << str << endl;
    
    // 解构 tuple
    tuple<int, double, string> t = {1, 2.0, "three"};
    auto [a, b, c] = t;
    
    // 解构数组
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    auto [x, y, z] = arr;
    
    // 解构结构体
    struct Point { int x, y; };
    Point point = {10, 20};
    auto [px, py] = point;
    
    // 在 for 循环中使用
    map<string, int> m = {{"one", 1}, {"two", 2}};
    for (auto& [key, value] : m)
    {
        cout << key << ": " << value << endl;
    }
    
    return 0;
}

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if/switch 初始化（C++17）

int main()
{
    // if 中声明变量
    if (auto it = m.find("key"); it != m.end())
    {
        cout << it->second << endl;
    }
    // it 在 if 外不可见
    
    // switch 中声明变量
    switch (auto x = getValue(); x)
    {
        case 1: cout << "one" << endl; break;
        case 2: cout << "two" << endl; break;
        default: cout << "other" << endl;
    }
    
    return 0;
}

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三路比较运算符（C++20）

#include <compare>

class Version
{
public:
    int major, minor, patch;
    
    // 一个运算符自动生成所有比较
    auto operator<=>(const Version&) const = default;
};

int main()
{
    Version v1{1, 2, 3};
    Version v2{1, 2, 4};
    
    cout << (v1 < v2) << endl;   // 1
    cout << (v1 == v2) << endl;  // 0
    cout << (v1 != v2) << endl;  // 1
    cout << (v1 <= v2) << endl;  // 1
    
    // 三路比较结果
    auto result = v1 <=> v2;
    if (result < 0) cout << "v1 < v2" << endl;
    
    return 0;
}

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范围 for 循环增强（C++20）

int main()
{
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // C++20: 带初始化的范围 for
    for (auto& [i, it] = pair{0, v.begin()}; it != v.end(); ++i, ++it)
    {
        cout << i << ": " << *it << endl;
    }
    
    return 0;
}

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Ranges 库（C++20）

#include <ranges>

int main()
{
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    
    // 管道操作
    auto result = v
        | views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; })
        | views::transform([](int x) { return x * x; })
        | views::take(3);
    
    for (int x : result)
    {
        cout << x << " ";  // 4 16 36
    }
    cout << endl;
    
    // 常用视图
    for (int x : views::iota(1, 10))  // 1, 2, ..., 9
    {
        cout << x << " ";
    }
    
    return 0;
}

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协程（C++20）

#include <coroutine>
#include <generator>  // C++23

// 生成器示例（简化版）
generator<int> range(int start, int end)
{
    for (int i = start; i < end; ++i)
    {
        co_yield i;
    }
}

int main()
{
    for (int x : range(1, 10))
    {
        cout << x << " ";  // 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    }
    
    return 0;
}

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模块（C++20）

// math.cppm - 模块文件
export module math;

export int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

export int multiply(int a, int b)
{
    return a * b;
}

// main.cpp
import math;

int main()
{
    cout << add(1, 2) << endl;
    cout << multiply(3, 4) << endl;
    return 0;
}

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consteval 和 constinit（C++20）

// consteval: 必须在编译期求值
consteval int compileTimeSquare(int x)
{
    return x * x;
}

// constinit: 必须用常量表达式初始化
constinit int globalValue = compileTimeSquare(10);  // 100

int main()
{
    constexpr int a = compileTimeSquare(5);  // OK: 编译期
    
    int x = 5;
    // int b = compileTimeSquare(x);  // 错误：x 不是编译期常量
    
    return 0;
}

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std::format（C++20）

#include <format>

int main()
{
    string s = format("Hello, {}!", "World");
    cout << s << endl;  // Hello, World!
    
    // 位置参数
    cout << format("{1} {0}", "World", "Hello") << endl;
    
    // 格式化选项
    cout << format("{:>10}", 42) << endl;     // "        42"
    cout << format("{:0>10}", 42) << endl;    // "0000000042"
    cout << format("{:.2f}", 3.14159) << endl; // "3.14"
    cout << format("{:#x}", 255) << endl;     // "0xff"
    
    // 使用 format_to
    string buffer;
    format_to(back_inserter(buffer), "Answer: {}", 42);
    
    return 0;
}

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std::expected（C++23）

#include <expected>

expected<int, string> divide(int a, int b)
{
    if (b == 0)
        return unexpected("Division by zero");
    return a / b;
}

int main()
{
    auto result = divide(10, 2);
    if (result)
    {
        cout << "Result: " << *result << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Error: " << result.error() << endl;
    }
    
    // 使用 value_or
    cout << divide(10, 0).value_or(-1) << endl;  // -1
    
    return 0;
}

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更多 C++23 特性

// std::print（替代 cout）
print("Hello, {}!\n", "World");

// 多维下标运算符
matrix[1, 2] = 42;

// if consteval
constexpr int foo()
{
    if consteval
    {
        // 编译期路径
    }
    else
    {
        // 运行期路径
    }
}

// 扁平化 map 和 set
flat_map<string, int> fm;
flat_set<int> fs;

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习题

• 使用 Ranges 库重写一个数据处理管道。

• 比较模块与头文件的优缺点。

• 研究协程在异步编程中的应用。