C++20

C++20 je verze normy ISO/IEC 14882 programovacího jazyka C++ z roku 2020, která nahradila předchozí verzi C++17, a později byla sama nahrazena verzí C++23.^[1] Technicky byla dopracována^[2] skupinou WG21 na zasedání v Praze v únoru 2020,^[3] její závěrečná pracovní verze byla ohlášena v březnu 2020,^[4] schválena byla 4. září 2020^[5][6] a publikována v prosinci 2020.^[7]

Verze jazyka C++
C++98 * C++03 * C++11 * C++14 * C++17 * C++20 * C++23 * C++26

Vlastnosti

C++20 přidává více nových velkých vlastností než C++14 nebo C++17.^[8] Obsahuje mimo jiné následující změny:^[9]

Jazyk

• koncepty,^[10] a jejich stručná syntaxe^[11]
• moduly^[12]
• pojmenované inicializátory (anglicky designated initializers)^[13] (založené na vlastnosti z C99 a běžném rozšíření g++)
• [=, this] jako lambda capture^[14]
• šablony se seznamem parametrů pro lambda funkce^[15]
• třícestné porovnání s použitím operator <=>, který je podle svého vzhledu nazývaný „kosmická loď“
• inicializace dalších proměnných ve for cyklu přes rozsah^[16]
• lambda funkce v neevaluovaných kontextech^[17][18]
• implicitní konstruovatelné a přiřaditelné bezstavové lambda funkce^[17][19]
• umožnění expanze balíčku parametrů zadaných jedním argumentem v lambda init-capture^[17][20]
• typy třídy v netypových parametrech šablony; umožnění řetězcových literálů na místě parametrů šablon^[21]
• odstranění potřeby typename v určitých místech^[22]
• nové standardní atributy [[no_unique_address]],^[23] [[likely]] a [[unlikely]]^[24]
• podmíněný modifikátor explicit závislý na logickém výrazu^[25]
• rozšířené constexpr na virtuální funkce,^[26] union,^[27] try a catch,^[28] dynamic_cast a typeid,^[29] std::pointer_traits^[30]
• bezprostřední funkce používající nové klíčové slovo consteval^[31]
• celá čísla se znaménkem jsou nyní definována tak, že jsou reprezentována pomocí dvojkového doplňku (přetečení při výpočtu s celými čísly se znaménkem zůstává nedefinovaným chováním)^[32]
• upravený paměťový model^[33]
• různé vylepšení strukturovaných vazeb (interakce s lambda captures, třídy paměti static a thread_local)^[34][35]
• korutiny^[36]
• using na enum výčty s rozsahem platnosti^[37]
• klíčové slovo constinit^[38]

Knihovna

• rozsahy (podle One Ranges Proposal)^[39]
• std::make_shared a std::allocate_shared pro pole^[40]
• atomické chytré ukazatele (např. std::atomic<shared_ptr<T>> a std::atomic<weak_ptr<T>>)^[41]
• std::to_address pro konverzi ukazatelů na syrový ukazatel^[42]
• doplňky pro práci s kalendářem a časovými zónami v <chrono>^[43]
• std::span poskytující pohled na souvislá pole (podobný std::string_view s možností, aby span modifikoval referencovanou posloupnost)^[44]
• std::erase a std::erase_if pro zjednodušení rušení prvků ve většině standardních kontejnerů^[45]
• hlavičkový soubor <version>^[46]
• std::bit_cast<> pro změnu typové reprezentace objektu, méně upovídané než memcpy() a schopnější využívat vnitřní vlastnosti překladače^[47]
• makra pro testování rysů (features)^[48]
• doplnění chybějících constexpr na různých místech v knihovně^[49]
• vytváření chytrých ukazatelů s implicitní inicializací^[50]
• metoda contains pro asociativní kontejnery^[51]
• bitové operace, např. pro počet úvodních nul nebo jedniček,^[52] a log2 operace^[53][54][55]
• std::bind_front^[56]

Nová a změněná klíčová slova

Bylo přidáno mnoho nových klíčových slov (a nový operátor „kosmické lodi“, operator <=>), např. concept, constinit,^[38] consteval, co_await, co_return, co_yield, requires (a změněn význam slova export), a char8_t (pro podporu UTF-8).^[57] explicit může od C++20 používat výraz.^[58] Většina použití klíčového slova volatile je nedoporučovaná.^[59]

Kromě nových klíčových slov byly zavedeny identifikátory se speciálním významem, včetně import a module.

Nové atributy v C++20: [[likely]], [[unlikely]] a [[no_unique_address]]^[60]

Odstraněné a nedoporučované vlastnosti

Odstraněné vlastnosti:^[61]

• Hlavičkové soubory převzaté z jazyka C <ccomplex>, <ciso646>, <cstdalign>, <cstdbool> a <ctgmath> byly odstraněny, protože v C++ nemají smysl. (Odpovídající hlavičkové soubory <*.h> zůstávají pro kompatibilitu s jazykem C.)
• Použití throw() jako specifikace výjimky bylo odstraněno.
• Byly odstraněny některé dříve nedoporučované vlastnosti knihovny, mj. std::uncaught_exception, std::raw_storage_iterator, std::is_literal_type, std::is_literal_type_v, std::result_of a std::result_of_t.

Nedoporučované vlastnosti:

• Použití operátoru čárka v indexových výrazech je nyní nedoporučované^[62]
• (Většina použití) volatile je nedoporučovaná^[59]

Publikováno jako Technické specifikace (TS)

• TS paralelismus v2^[63] (včetně task bloků)
• Reflexe TS v1^[64]
• TS sítě v1^[65]

Odloženo do pozdějších verzí

• Byla založena nová studijní skupina (SG21) pro práci na novém návrhu kontraktů^[66]
• Reflexe^[67][68]
• Metaclasses^[69]
• Exekutory^[70]
• Síťová rozšíření,^[71][72] včetně asynchronních operací, základní V/V služby, časovače, buffery a proudy pracující s buffery, sokety a internetovými protokoly (blokované exekutory)
• Vlastnosti^[73]
• Rozšířeny futures^[74]

Podpora překladačů

Plný podpora^[75]

• Visual Studio 2019 podporuje od verze 16.10.0 všechny vlastnosti C++20 při použití volby /std:c++latest.^[76] Volba /std:c++20 povolující režim C++20 byla přidána ve verzi 16.11.0.^[77][78]

Překladač Microsoftu podporuje nejen Windows, ale také Linux, Android a iOS. Pro vývoj v Linuxu však vyžaduje rozšíření „Visual C++ for Linux Development“.^[79]

Částečný

• Clang má částečnou podporu C++20, kterou lze povolit volbou -std=c++20 (od verze 10) nebo -std=c++2a (do verze 9).^[80]
• Překladač EDG začal implementovat vlastnosti C++20 ve verzi 5.0 a od verze 6.1 podporuje většinu jazykových vlastností jádra C++20.^[81]
• GCC má částečnou, experimentální podporu C++20 od roku 2017^[82] ve verzi 8 volba -std=c++2a. Stejně jako Clang nahradilo GCC ve verzi 10 tuto volbu volbou -std=c++20. Existuje také volba pro povolení GNU rozšíření kromě experimentální podpory C++20, -std=gnu++20.^[83]

Historie

Změny provedené v pracovní verzi C++20 v červenci 2017 (Toronto) zahrnují:^[84]

• koncepty (do normy se dostala ořezaná verze; označovaná jako „Concepts Lite“^[85])
• pojmenované inicializátory
• [=, this] jako lambda capture
• šablony se seznamem parametrů pro lambda funkce
• std::make_shared a std::allocate_shared pro pole

Změny provedené v pracovní verzi C++20 na podzimním zasedání v listopadu 2017 v Albuquerque zahrnují:^[86][87]

• trojcestné porovnání pomocí operátoru „kosmické lodi“ operator <=>
• inicializace další proměnné ve for cyklu přes rozsah
• lambda funkce v neevaluovaných kontextech
• implicitní konstruovatelné a přiřaditelné bezstavové lambda funkce
• umožnění expanze balíčku parametrů zadaných jedním argumentem v lambda init-capture
• řetězcové literály jako parametry šablon
• atomické chytré ukazatele (např. std::atomic<shared_ptr<T>> a std::atomic<weak_ptr<T>>)
• std::to_address pro konvertování ukazatelů na syrový ukazatel

Změny provedené v pracovní verzi C++20 v březnu 2018 v Jacksonville zahrnují:^[88]

• odstranění potřeby typename v určitých místech
• nové standardní atributy [[no_unique_address]], [[likely]] a [[unlikely]]
• doplňky kalendáře a časových zón v <chrono>
• std::span umožňuje pohledy na souvislé pole (podobně jako std::string_view ale span může referencovanou posloupnost modifikovat)
• hlavičkový soubor <version>

Změny provedené v pracovní verzi C++20 na letním zasedání v červnu 2018 v Rapperswilu zahrnují:^[89]

• kontrakty (později odložené do pozdější verze)^[90]
• makra pro testy rysů
• std::bit_cast<> pro změnu typové reprezentace objektu, méně upovídané než memcpy() a schopnější využívat vnitřní vlastnosti překladače
• podmíněné explicit, umožňuje explicitní modifikátor závislý na logickém výrazu
• constexpr virtuální funkce

Změny provedené v pracovní verzi C++20 na podzimním zasedání v listopadu 2018 (San Diego) zahrnují:^[91]

• rozsahy (The One Ranges Proposal)
• stručná syntaxe konceptů
• constexpr union, try a catch, dynamic_cast, typeid a std::pointer_traits.
• přidání různých constexpr do knihovny
• bezprostřední funkce používající nové klíčové slovo consteval
• Celá čísla se znaménkem jsou nyní definována tak, že jsou reprezentována pomocí dvojkového doplňku (přetečení při výpočtu s celými čísly se znaménkem zůstává nedefinovaným chováním)
• zjemnění nástrojů pro kontrakty (řízení přístupu v podmínkách kontraktu)^[92] (viz seznam vlastností odložených do pozdějších verzí)
• upravený paměťový model
• vytvoření chytrých ukazatelů s implicitní inicializací

Změny provedené v pracovní verzi C++20 při zimním zasedání v únoru 2019 (Kona) zahrnují:^[93][94][95]

• korutiny
• moduly
• různá vylepšení strukturovaných vazeb (interakce s lambda captures, třídy paměti static a thread_local)

Změny provedené v pracovní verzi C++20 na letním zasedání v červenci 2019 (Kolín nad Rýnem) zahrnují:^{[96][97][98][99]}

• kontrakty byly odstraněny (viz seznam vlastností odložených do pozdějších verzí)^[100]
• použití operátoru čárky ve výrazech v indexu je nedoporučované^[62]
• doplňky constexpr (triviální implicitní inicializace,^[101] neevaluovaná inline montáž^[102])
• using na enum výčty s rozsahem platnosti^[37]
• různé změny operátoru <=>^[103][104]
• DR: menší změny modulů^[105]
• klíčové slovo constinit
• změny v konceptech (odstranění -> Type požadavků na návratový typ^[106])
• většina použití volatile je nedoporučovaná^[59]
• DR: [[nodiscard]] efekty na konstruktory^[107]
• Nové koncepty ve standardní knihovně nebudou používat PascalCase (ale standard_case, jako zbytek standardní knihovny)^[108]
• formátování textu (std::format, ^[109][110] chrono integrace,^[111] oprava mezních případů v printf^[112])
• bitové operace^[52]
• constexpr INVOKE^[113]
• matematické konstanty^[114]
• doplňky konzistence k atomic (std::atomic_ref<T>,^[115] std::atomic<std::shared_ptr<T>>^[116])
• do standardní knihovny přidán operátor <=>^[117]
• hlavičkové jednotky pro standardní knihovna^[118]
• synchronizační nástroje^[119] (sloučeny z: Efficient atomic waiting and semaphores,^[120] latches and bariers,^[121] Zlepšení atomic_flag,^[122] Don't Make C++ Unimplementable On Small CPUs^[123])
• std::source_location^[124]
• constexpr kontejnery (std::string,^[125] std::vector^[126])
• std::stop_token a spojování vláken (std::jthread)^[127]

Změny uplatněné při řešení připomínek NB na podzimním zasedání v listopadu 2019 (Belfast) zahrnují:^{[128][129][130][131]}

• Typy tříd v parametrech netypové šablony (Non-Type Template Parameters, NTTP): Omezení, že není povolen žádný uživatelem definovaný operator== bylo odstraněno, protože význam rovnosti argumentů šablony byl oddělen od operator==.^[132] Lze použít také pro prvky pole v NTTP typu třídy.
• Typy s pohyblivou řádovou čárkou,^[133] ukazatele a reference a sjednocení a třídy podobné sjednocení (typy tříd obsahující anonymní sjednocení) jsou nyní možné jako NTTP.
• Identita funkcí nyní zahrnuje také koncové klauze requires (P1971)
• Omezené funkce, které nejsou šablonami, byly odstraněny
• <compare> je nyní dostupné v samostatné implementaci^[134]
• typedef std::span byl změněn z index_type na size_type, aby byl konzistentní se zbytkem standardní knihovny^[135]
• Konceptové rysy byly přejmenovány, aby odpovídaly přejmenování konceptů, jak bylo schváleno na zasedání v Kolíně nad Rýnem
• Několik oprav a doplňků rozsahů (P1456R1: pohledy prouze pro přesun,^[136] P1391R4: konstruktor rozsahu pro std::string_view (konstruktor z dvojice iterátorů znaků),^[137] P1394R4: konstruktor rozsahu pro std::span<ref>,^[138] P1870R1: forwardování rozsahu<T> je příliš křehké^[139])
• Inicializace std::atomic<T> byla změněna, aby fungovala s implicitní inicializací a seznamovou inicializací,^[140] std::latch a std::barrier mohou nyní zjistit maximální počet vláken, které implementace podporuje pomocí nové členské funkce max()
• std::weak_equality a std::strong_equality byly odstraněny, protože nejsou vůbec používány
• Algoritmům v <numeric> bylo doplněno constexpr
• Chybějící makra pro test rysů pro vlastnosti nové nebo změněné v C++20 byla doplněna^[141]