C++20

Версії мови програмування C++
C++98 C++03 C++11 C++14 C++17 C++20 C++23 C++26

C++20 — версія стандарту ISO/IEC 14882 мови програмування C++. Слідує після C++17. Комітет стандарту C++ почав працювати над C++20 в липні 2017. З технічного боку стандарт було завершено комітетом WG21 до зустрічі в Празі в лютому 2020, остаточно затверджено 4 вересня 2020 року. Стандарт офіційно опублікований у грудні 2020.

C++20 додає більше нових можливостей ніж C++14 чи C++17.

Нові можливості мови

• Концепти, з лаконічним синтаксисом
• Модулі
• співпрограми (англ. coroutines)

Співпрограми

До версії C++20 можливість роботи зі співпрограмами була реалізована на рівні бібліотек, зокрема Boost.Coroutine, Boost.Coroutine2 та іншими. У версії C++20 на рівні мови та компілятора була додана підтримка безстекових співпрограм. Зокрема, були додані нові ключові слова co_return, co_await та co_yield, але підтримка співпрограм у стандартній бібліотеці була мінімальна, стандарт радше визначив каркас для роботи зі співпрограмами. Тому, для зручності розробників, були створені бібліотеки класів для поширених видів співпрограм: cppcoro, libcoro, QCoro, та інші.

Стандартом передбачено, що співпрограма може віддати управління в одному потоці виконання, а бути відновлена — в іншому.

В стандарті C++23 до стандартної бібліотеки був доданий тип generator, який полегшує створення генераторів послідовностей на основі співпрограм сумісних з доданими в стандарті C++20 діапазонами.

Таким чином, генератор послідовності Фібоначчі мовою стандарту C++23 може мати такий вигляд:

#include <generator>
#include <ranges>
#include <iostream>
 
std::generator<int> fib() {
    co_yield 0;
    auto a = 0;
    auto b = 1;
    for (auto n : std::views::iota(0)) {  
        auto next = a + b;
        a = b;
        b = next;
        co_yield next;
    }
}

int main() {
    for (auto f : fib() | std::views::take(10)) {
        std::cout << f << " ";
    }
}

Нові можливості бібліотеки

• Діапазони (англ. ranges)
• Атомарні розумні вказівники (std::atomic<std::shared_ptr<T>> та std::atomic<std::weak_ptr<T>>)

Нові (і змінені) ключові слова

• новий оператор «зореліт» для тришляхового порівняння: operator <=>
• concept
• char8_t
• тепер explicit може приймати вираз значення якого визначає чи буде явною функція до якої застосовано explicit.
• constinit
• consteval

Пов'язані зі співпрограмами

• co_await
• co_return
• co_yield

Пов'язані з модулями

• import (як ідентифікатори з особливим значенням)
• module (як ідентифікатори з особливим значенням)
• requires
• export (нове значення)

Нові атрибути

• [[likely]]
• [[unlikely]]
• [[no_unique_address]]

Видалені та заборонені можливості

Видалені можливості:

• Заголовкові файли породжені від заголовкових файлів C <ccomplex>, <ciso646>, <cstdalign>, <cstdbool> і <ctgmath>, так як немає сенсу їх використовувати в C++. Відповідні <*.h> все ще підтримуються для сумістності з C.
• Використання throw() для позначення динамічної специфікації виключень функцій.
• Деякі можливості бібліотеки які раніше були заборонені тепер видалені: std::uncaught_exception, std::raw_storage_iterator, std::is_literal_type, std::is_literal_type_v, std::result_of і std::result_of_t.

Заборонені можливості:

• використання оператора коми в виразах для індексів
• (більшість з) volatile

Можливості опубліковані як технічні специфікації

• Паралелізм ТС v2 (включаючи блоки задач)
• Рефлексія ТС v1
• Мережеві розширення ТС v1

Зміни відкладені до наступних стандартів

• Контракти — утворено нову робочу групу (SG21) для роботи над новою пропозицією
• Рефлексія
• Метакласи
• Виконавці
• Мережеві розширення, включаючи async, базові I/O служби, таймери, буфери і буферо-орієнтовані потоки, сокети і Інтернет протоколи (заблоковані виконавцями)
• Властивості
• Розширення для future

Історія розвитку стандарту

липень 2017

Наступне було проголосовано для включення в чорновик стандарту C++20 в липні 2017:

• Концепти.
• Іменована ініціалізація (базується на можливостях C99)

struct A { int x; int y; int z; };
A a{.y = 2, .x = 1}; // помилка; порядок ініціалізаторів не відповідає порядку в означені
A b{.x = 1, .z = 2}; // добре, b.y ініціалізоване в 0

• [=, this] захоплення лямбди
• Шаблонний список параметрів лямбди
• std::make_shared і std::allocate_shared для масивів

листопад 2017 (Альбукерке)

• тришляхове порівняння використовуючи оператор-зореліт, <=>
• ініціалізація додаткової змінної всередині діапазонного for

for (T thing = foo(); auto& x : thing.items()) { /* ... */ } // Добре

• лямбди в необчислюваних контекстах (наприклад, в decltype)
• конструйовні за замовчанням і з можливістю присвоювання лямбди без стану. Це робить лямбди без стану більше схожими на функціональні об'єкти
• дозволити розкриття паку в ініціалізаційному захоплені лямбди, як-от [args=std::move(args)...]() -> ...
• рядкові літерали як параметри не типи шаблонів
• атомарні вказівники (такі як std::atomic<shared_ptr<T>> і std::atomic<weak_ptr<T>>)
• std::to_address переводить вказівник, в тому числі розумний, в сирий вказівник

березень 2018 (Джексонвіль)

• в деяких ситуаціях прибирає потребу в typename
• нові стандартні атрибути [[no_unique_address]], [[likely]] і [[unlikely]]
• доповнення до календаря і часових поясів у <chrono>
• std::span, надає вид на масив (аналогічний до std::string_view, але span не тільки для читання). Зазвичай втілюється за допомогою вказівника на початок і розміру.
• заголовковий файл <version>

червень 2018 (Раперсвіль)

Зміни, що їх було внесено в робочу чернетку C++20 під час літньої зустрічі в червні 2018 в Раперсвілі включають:

• контракти було відкладено до пізніших стандартів
• макроси тестування наявності функціональності. Наприклад, __cpp_lib_coroutine, __cpp_concepts
• побітове перетворення представлень об'єктів менш багатослівне ніж memcpy() і придатніше для використання внутрішніх можливостей компілятора. Див. std::bit_cast
• умовний explicit, що дозволяє модифікатору залежати від логічного виразу

template<class T> struct wrapper { 
  template<class U> explicit(!std::is_convertible_v<U, T>) wrapper(U const& u) : t_(u) {} 
  T t_; 
};

• constexpr віртуальні функції

лютий 2019 (Кона)

• Coroutines
• Модулі. Уже підтримуються Clang 5 та Visual Studio 2015 Update 1

липень 2019 (Кельн)

Зміни внесені до робочої чернетки C++20 під час літньої зустрічі в липні 2019 [Архівовано 24 листопада 2019 у Wayback Machine.] (Кельн) включають:

• контракти було виключено (дивись зміни відкладені до наступних стандартів)
• використання оператора коми в виразах для індексів було позначено небажаним

    a[b,c];   // небажано
    a[(b,c)]; // прийнятно

• (більшість з) volatile було позначено небажаними
• доповнення для constexpr (трівіальна ініціалізація за замовчанням, дозволяє вбудований асемблер у випадках, коли він не обчилюється під час компіляції)

Посилання

• Офіційна версія C++20 стандарту: ISO/IEC 14882:2020 [Архівовано 16 грудня 2020 у Wayback Machine.]
• Чорнова версія стандарту: N4860 [Архівовано 1 вересня 2021 у Wayback Machine.]
• Відмінності між C++17 та C++20 DIS [Архівовано 1 листопада 2020 у Wayback Machine.]
• Версія бібліотеки Діапазони від Еріка Ніеблера: range-v3 [Архівовано 10 листопада 2020 у Wayback Machine.]