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现代 C++ 核心特性速查表（Modern C++ Cheat Sheet）
按类别汇总 CS106L 全课程涉及的关键特性与语法。标准标注：C++11 / C++14 / C++17 / C++20 / C++23 / C++26。
1. 类型推导（Type Deduction）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
auto 变量 | auto x = expr; | C++11 | 编译器推导类型；仍是静态类型，auto i = 1; i = "hi"; 编译错误 |
auto 返回类型 | auto f() { return 42; } | C++14 | 返回类型由 return 推导 |
| 尾置返回类型 | auto f() -> int; | C++11 | 显式指定返回类型 |
| 泛型 lambda / 模板参数 | auto 形参：[](auto x){...} | C++14 | auto 形参等价于模板参数 |
decltype | decltype(expr) y = x; | C++11 | 不求值地取表达式的声明类型 |
decltype(auto) | decltype(auto) y = expr; | C++14 | 保留引用/值语义地推导 |
| 结构化绑定 | auto [k, v] = map_pair; | C++17 | 解构 pair/tuple/struct |
using 类型别名 | using Zeros = std::pair<double,double>; | C++11 | 替代 C++98 的 typedef，可带模板参数 |
2. 初始化（Initialization）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 统一/列表初始化 | T obj {a, b, c}; | C++11 | 最通用、最安全的初始化方式；禁止窄化转换（narrowing） |
| 成员初始化列表 | Foo(int x) : x_{x}, y_{} {} | C++98（{} 版 C++11） | 唯一能初始化 const/引用成员的方式；避免”先默认构造再赋值”的双重开销 |
| 默认成员初始化器 | int x_ = 0; | C++11 | 类内给成员默认值 |
默认构造 = default | Foo() = default; | C++11 | 显式保留编译器生成的版本 |
| 删除函数 | Foo(const Foo&) = delete; | C++11 | 禁止拷贝等操作（如 unique_ptr） |
3. 引用与移动语义（References & Move Semantics）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 左值引用 | int& r = x; | C++98 | 别名；x = y; 两侧都可出现 |
const 左值引用 | const T& r = x; | C++98 | 只读别名，可绑定临时值 |
| 右值引用 | T&& r = temporary; | C++11 | 只能绑定临时对象（右值），用于”窃取”资源 |
| 移动构造/赋值 | T(T&& other) noexcept; / T& operator=(T&& other) noexcept; | C++11 | 转移资源所有权，通常 O(1) |
std::move | std::move(x) | C++11 | 仅把左值转换为右值引用（static_cast<T&&>），本身不移动任何东西 |
std::forward | std::forward<T>(x) | C++11 | 完美转发，保留实参的左右值类别 |
| 移动后状态 | 源对象”有效但未指定” | C++11 | 通常应把源指针置 nullptr；只允许对源对象销毁或重新赋值 |
4. 特殊成员函数（Special Member Functions）与规则
| 规则 | 内容 | 说明 |
|---|
| 六大 SMF | 默认构造 T()、析构 ~T()、拷贝构造 T(const T&)、拷贝赋值 T& operator=(const T&)、移动构造 T(T&&)、移动赋值 T& operator=(T&&) | 需要时才由编译器隐式生成 |
| Rule of Zero | 成员都是自管理类型（string、vector、智能指针）时，什么都不用写 | 最推荐 |
| Rule of Three | 需要自定义析构 ⇒ 通常也要自定义拷贝构造 + 拷贝赋值 | 手工管理资源（如 new/delete）时 |
| Rule of Five | Rule of Three 成立时，通常还应定义移动构造 + 移动赋值 | 否则会退化为拷贝，性能受损 |
5. 智能指针与 RAII（Smart Pointers & RAII）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
std::unique_ptr | auto p = std::make_unique<T>(args); | C++11 | 独占所有权；不可拷贝、可移动；离开作用域自动 delete |
std::shared_ptr | auto p = std::make_shared<T>(args); | C++11 | 共享所有权，引用计数归零时释放；注意循环引用 |
std::weak_ptr | std::weak_ptr<T> w = sp; w.lock() | C++11 | 观察者，不增加引用计数，打破循环依赖 |
| RAII 思想 | 资源在构造时获取、析构时释放 | — | 保证异常安全：析构函数必然被调用 |
| 其他 RAII 例子 | std::lock_guard、std::ifstream/ofstream | — | 锁、文件等在析构时自动释放 |
6. 模板（Templates）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 模板类 | template <typename T> class Vector { ... }; | C++98 | 按需实例化，为每种 T 生成代码 |
| 模板函数 | template <typename T> T min(T a, T b); | C++98 | 显式 min<int>(...) 或隐式推导 |
| 非类型模板参数 | template <size_t N> struct Array; std::array<T, N> | C++11 | 编译期常量作参数；array 栈上分配 |
| 变参模板 | template <typename T, typename... Args> + 包展开 args... | C++11 | 接受任意数量/类型参数，递归实例化 |
| 模板特化 | template <> struct Foo<int> {...}; | C++98 | 为特定类型提供专门实现 |
| 模板实现位置 | .h 底部 #include "Foo.cpp"，定义用 Foo<T>:: | — | 实例化需要完整定义可见 |
7. Concepts 与编译期计算（C++20）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 自定义 concept | template <typename T> concept Comparable = requires(T a, T b) { {a < b} -> std::convertible_to<bool>; }; | C++20 | 在实例化前约束模板参数，显著改善错误信息 |
| 约束模板 | template <Comparable T> 或 template <typename T> requires Comparable<T> | C++20 | 简写与完整两种写法等价 |
| 内置 concepts | std::input_iterator、std::range、std::convertible_to、std::same_as 等 | C++20 | 标准库自带 |
constexpr | constexpr size_t fact(size_t n); | C++11（放宽于 C++14） | “请尽量在编译期求值” |
consteval | consteval size_t f(size_t n); | C++20 | “必须在编译期求值” |
| 模板元编程（TMP） | Factorial<N-1>::value 递归结构 | C++98 | 传统 TMP；现代用 constexpr 更可读 |
8. Lambda 与函数对象（Lambdas & Functors）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| Lambda | auto f = [captures](params) { body }; | C++11 | 编译器展开为匿名 functor 类 |
| 捕获列表 | [x]（值）、[&x]（引用）、[=]、[&]、[&, x]、[this]、[x = expr]（初始化捕获 C++14） | C++11/14 | 值捕获复制；引用捕获注意生命周期 |
| 泛型 lambda | [](auto x) { return x * 2; } | C++14 | 等价于模板 |
| 函数指针 | bool(*pred)(char) = isVowel; | C++98 | 只能指向无捕获的普通函数 |
| 仿函数（functor） | struct G { bool operator()(int a, int b) const {...} }; | C++98 | 重载 operator() 的对象，可有状态 |
std::function | std::function<bool(int)> f = lambda; | C++11 | 统一容器类型（可存任何可调用对象），略慢 |
std::bind / std::ref | — | C++11 | 部分应用与引用包装（较少用了，lambda 更清晰） |
9. STL 容器（Containers）
| 容器 | 头文件 | 特点 | 迭代器类别 |
|---|
std::vector<T> | <vector> | 动态数组，随机访问 O(1)，尾部增删摊还 O(1) | 随机访问 |
std::deque<T> | <deque> | 双端队列，头尾增删均 O(1) | 随机访问 |
std::array<T, N> | <array> | 定长数组，栈上分配，大小编译期已知（C++11） | 随机访问 |
std::list<T> | <list> | 双向链表，任意位置插入 O(1)（需迭代器） | 双向 |
std::map<K,V> / std::set<K> | <map> / <set> | 有序（红黑树），需 K 有 operator<，查找 O(log n) | 双向 |
std::unordered_map<K,V> / std::unordered_set<K> | <unordered_map> / <unordered_set> | 哈希表，需 std::hash<K>，平均查找 O(1) | 前向 |
std::pair<T1,T2> | <utility> | 两个字段的泛型 struct | — |
std::tuple | <tuple> | 任意多个字段（C++11） | — |
10. 算法与 Ranges（Algorithms & Ranges）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 迭代器对算法 | std::sort(b, e)、std::find(b, e, v)、std::count_if(b, e, p)、std::copy_if(b, e, o, p)、std::transform(b, e, o, op)、std::unique_copy(b, e, o, p) | C++98 | <algorithm> 通用算法，作用于迭代器区间 [first, last) |
| 范围（range）算法 | std::ranges::find(v, c)、std::ranges::sort(v) | C++20 | 直接传容器；受 concepts 约束，错误信息更好 |
| 视图（view） | auto v = c \| std::views::filter(p) \| std::views::transform(f); | C++20 | 惰性组合，逐元素按需计算；类似 Python 生成器 |
| 物化视图 | std::ranges::to<std::vector<T>>(view) | C++23 | 把惰性视图收集成容器 |
| 插入迭代器 | std::back_inserter(v) | C++98 | 让算法向容器”推入”输出 |
11. 运算符重载（Operator Overloading）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 成员重载 | bool operator<(const T& other) const; | C++98 | 左操作数是 this |
| 非成员重载 | bool operator<(const T& a, const T& b); | C++98 | 更对称、更惯用；左操作数可为非类类型 |
friend | friend bool operator<(const T&, const T&); | C++98 | 非成员函数访问私有成员 |
| 流插入/提取 | std::ostream& operator<<(std::ostream&, const T&); | C++98 | 让 std::cout << obj 可用；返回流以支持链式 |
| 规则 | 语义应显然（Principle of Least Astonishment）；== 与 != 成对（rule of contrariety：!= 用 !(a==b) 实现）；不可重载 :: ?: . .* sizeof typeid | — | 运算符的意义必须符合直觉，否则用命名函数 |
12. 类型安全与 std::optional（C++17）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
std::optional<T> | std::optional<int> o; / o = 42; / o = std::nullopt; | C++17 | 可能包含值，也可能为空 |
| 判空与取值 | o.has_value()、o.value()（空则抛 std::bad_optional_access）、o.value_or(0)、bool(o) / if (o) | C++17 | 空 optional 隐式转换为 false |
| Monadic 操作 | o.and_then(f)（f 返回 optional）、o.transform(f)（f 返回值）、o.or_else(f) | C++23 | 链式处理”可能失败”的计算 |
std::nullopt vs nullptr | nullopt 用于 optional；nullptr 用于指针 | C++17 | 不要混淆 |
| 类型安全理念 | “Well typed programs cannot go wrong.” | — | 用类型系统把”可能失败”写进签名 |
13. 并发与杂项（C++11 起）
| 特性 | 语法 | 标准 | 说明 |
|---|
| 线程 | std::thread t(f, args); t.join(); | C++11 | <thread> |
| 互斥锁 | std::mutex m; std::lock_guard<std::mutex> lk(m); | C++11 | RAII 管理锁 |
| 原子操作 | std::atomic<int> counter; | C++11 | <atomic>，无锁编程基础 |
nullptr | T* p = nullptr; | C++11 | 类型安全的空指针（替代 NULL/0） |
enum class | enum class Color { Red, Green }; | C++11 | 强类型、有作用域的枚举 |
override / final | void update() override; / class D final {}; | C++11 | 显式覆写/终结虚函数，防拼写错误 |
noexcept | void f() noexcept; | C++11 | 声明不抛异常；移动构造标 noexcept 让容器优先移动 |
| range-for | for (const auto& x : c) {...} | C++11 | 基于迭代器的语法糖 |
| 字符串字面量 | u8"..."、R"(raw)"、"..."s（std::string 字面量） | C++11/14 | 编码与原始字符串 |
笔记完。祝学习愉快！ 🌽
