第 11 章 C++23

如果说 C++20 是继 C++11 之后又一次「大版本」式的更新，那么 C++23 更像是一次以巩固与完善为主的增量更新：它补全了 C++20 中一些仓促引入的特性，并加入了大量呼声已久的库设施。本章我们挑选其中较为重要、也较为实用的特性进行介绍。

本章的示例使用了 C++23 的特性，编译时需要使用 -std=c++2b（或 -std=c++23）。此外，受限于各标准库实现的进度，部分库特性（如 std::generator、std::move_only_function、<stacktrace>、import std;）可能在你的工具链上尚不可用，本章会在相应位置加以说明。

11.1 语言特性

显式对象形参（Deducing this）

在 C++23 之前，如果我们想让一个成员函数同时适配 const/非 const、左值/右值等多种情形，往往不得不书写多个几乎完全重复的重载。C++23 引入了**显式对象形参 (explicit object parameter)**，允许把「this」写成函数的第一个形参，并通过模板对其 cv 与引用限定进行推导，从而用一个函数模板覆盖所有情形：

struct Counter {
    int value = 0;
    template <typename Self>
    auto&& get(this Self&& self) { // self 即原先的 *this
        return self.value;
    }
};

这一特性还使得「递归 lambda」等以往十分别扭的写法变得自然。

`if consteval`

C++23 引入了 if consteval，用于在函数体内区分当前是否处于常量求值的语境，从而为编译期与运行期分别选择不同的实现：

constexpr int compute(int x) {
    if consteval {
        return x * 2; // 常量求值时走这里
    } else {
        return x * 3; // 运行期走这里
    }
}

多维下标运算符

C++23 允许 operator[] 接受多个下标参数，使得多维容器可以使用直观的 m[i, j] 语法，而不必退而求其次地使用 operator()：

struct Matrix2x3 {
    int data[6] = {};
    int& operator[](std::size_t r, std::size_t c) { return data[r * 3 + c]; }
};

Matrix2x3 m;
m[1, 2] = 7;

`auto(x)` 与静态 `operator()`

C++23 提供了 auto(x) / auto{x} 语法来显式地产生一份**退化拷贝 (decay-copy)**，即一个与 x 同类型的纯右值副本，这在需要明确「我要的是一份副本」时非常有用：

std::vector<int> v{1, 2, 3};
auto copy = auto(v); // 显式拷贝，得到一个纯右值

此外，函数对象（包括 lambda）的调用运算符现在可以声明为 static，省去了隐式对象形参，在某些场景下能带来更好的性能：

struct Add {
    static int operator()(int a, int b) { return a + b; }
};

`[[assume]]`

[[assume(expr)]] 是 C++23 标准化的属性，用于向编译器声明某个表达式在此处一定为真，从而允许优化器据此进行优化。需要强调的是，如果该假设在运行期实际并不成立，将导致未定义行为，因此应当谨慎使用：

int divide_by(int x) {
    [[assume(x > 0)]]; // 向优化器承诺 x 一定为正
    return 100 / x;
}

其他语言层面的小改进

C++23 还包含若干较小的语言改进：

预处理指令：新增了 #elifdef / #elifndef（即 #elif defined / #elif !defined 的简写）以及用于主动产生诊断信息的 #warning。
命名的通用字符转义：可以用字符的 Unicode 名称来书写字符，例如 "\N{GREEK SMALL LETTER ALPHA}"，比记忆码位更直观。
扩展浮点类型：在 <stdfloat> 中引入了 std::float16_t、std::float32_t、std::float64_t、std::bfloat16_t 等定宽浮点类型（其可用性同样取决于平台与标准库实现）。
constexpr 的进一步放宽：允许在常量求值中使用 goto、带标签的语句，以及声明（但不在常量求值期间使用）非字面类型的变量与 static 变量等。

11.2 标准库

`std::expected`

std::expected<T, E> 表示一个「要么是值 T、要么是错误 E」的结果，为不依赖异常的错误处理提供了类型安全、表达力强的手段，与其他语言中的 Result 类型类似：

#include <expected>

std::expected<int, std::string> parse_positive(int x) {
    if (x > 0) return x;
    return std::unexpected("not positive");
}

auto r = parse_positive(42);
if (r) {
    // 使用 *r
} else {
    // 使用 r.error()
}

`std::print` 与 `std::println`

C++23 的 <print> 提供了 std::print 与 std::println，它们基于 C++20 的 std::format，以类型安全的格式化字符串进行输出，比传统的 iostream 链式 << 更简洁、也更高效：

#include <print>

std::println("Hello, {}!", "C++23");
std::println("{} + {} = {}", 1, 2, 1 + 2);

`std::mdspan`

std::mdspan 是对一段连续存储的非拥有多维视图。它本身不分配内存，只是按照给定的维度（extents）重新解读底层一维数组的布局，常用于科学计算与高性能计算：

#include <mdspan>

std::array<int, 6> storage{1, 2, 3, 4, 5, 6};
std::mdspan m(storage.data(), 2, 3); // 将其视为 2 x 3
int x = m[1, 2];                      // 配合多维下标语法

`std::flat_map` 与 `std::flat_set`

std::flat_map / std::flat_set 是以有序连续存储（默认由两个 vector 实现）为底层的关联容器。相比基于红黑树的 std::map，它们的插入较慢，但查找与遍历对缓存更友好、内存开销也更小：

#include <flat_map>

std::flat_map<int, const char*> m;
m.insert({3, "three"});
m.insert({1, "one"});
// 遍历时按键有序：1, 3

范围库的增强

C++23 为范围库补充了大量实用的适配器，例如 views::zip（将多个范围按位置「拉链」在一起逐元素并行遍历）、views::enumerate（为元素附上下标）、views::chunk、views::slide、views::join_with 等，以及通用的 std::ranges::to（把一个范围物化为具体容器）：

#include <ranges>

std::vector<std::string> names{"a", "b", "c"};
std::vector<int> scores{90, 80, 70};
for (auto&& [name, score] : std::views::zip(names, scores)) {
    // name 与 score 一一对应
}

其他改进

C++23 还包含许多零散但实用的小改进，例如：

std::string / std::string_view 新增了 contains 成员，可直接判断是否包含某个子串或字符；
<bit> 中新增了 std::byteswap，用于反转整数的字节序；
std::optional 增加了 and_then、transform、or_else 等单子式（monadic）操作。

11.3 关于标准库支持情况

C++23 的语言特性大多已被主流编译器较好地支持，但部分库特性的落地进度因实现而异。例如 std::generator（协程范围）、std::move_only_function、<stacktrace> 以及标准库模块 import std; 在某些标准库（尤其是 libc++）中可能尚未实现或仍处于实验阶段。在使用这些特性前，建议先查阅 cppreference 的编译器支持页面确认你所用工具链的支持情况。

总结

C++23 虽然不像 C++11 或 C++20 那样带来颠覆性的变化，但 std::expected、std::print、std::mdspan、显式对象形参等特性，实实在在地改善了日常编写 C++ 的体验。结合后续的 C++26，现代 C++ 仍在持续演进。

进一步阅读的参考资料

← 第 10 章 C++20 第 12 章 C++26（展望） →

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