[C++ 筆記] 用 Modern C++ 的方式寫程式吧

Modern C++ 已經改變很多了

歷史包袱的重量

C++ 一直在相容性上不遺餘力，舊的語法能跑，新的語法與關鍵字又一直疊加，最後呈現出來的就是複雜。作為一個長久以來的使用者，看著其他程式語言的崛起與更新，雖然在理性上很能夠理解，但是情感上還是會想掙扎一下，讓我們看看 Modern C++ 改變的那一面，拋棄到舊的習慣，讓我們可以在不失去效能的情況下，用「比較輕鬆」的方式來寫 C++。

Modern C++ 的改變

1. 記憶體管理

告別手動記憶體管理（new/delete）

// 舊式 C/C++ 方式
BigBuffer* buffer = new BigBuffer(size);
// ... 使用 buffer
delete buffer;  // 容易忘記，造成記憶體洩漏

// Modern C++ 方式
auto buffer = std::make_unique<BigBuffer>(size);
// 自動管理記憶體，無需手動 delete

使用 Smart Pointer

• std::unique_ptr：獨佔所有權
• std::shared_ptr：共享所有權
• std::weak_ptr：弱引用，避免循環依賴

2. 用容器取代原生陣列

// 危險的 C 陣列
int arr[100];  // 無邊界檢查，容易越界

// 安全的 Modern C++ 容器
std::array<int, 100> arr;    // 編譯時大小固定
std::vector<int> vec;        // 動態大小

3. 自動型別推導

C++ 11 開始支援 auto 關鍵字

// 舊的方式，冗長的型別宣告
std::vector<std::string>::iterator it = vec.begin();

// 簡潔的 auto
auto it = vec.begin();

// 結構化綁定（C++17）
auto [key, value] = map_pair;

4. 現代迴圈語法

// 傳統 C 風格迴圈
for (int i = 0; i < arr.size(); ++i) {
    process(arr[i]);
}

// Modern C++ 範圍迴圈
for (const auto& elem : arr) {
    process(elem);
}

5. Lambda 表達式

// 傳統函式物件
struct Comparator {
    bool operator()(int a, int b) const {
        return a < b;
    }
};

// Modern C++ Lambda
auto compare = [](int a, int b) { return a < b; };

Modern C++ 的其他好東西

使用 std::optional 明確表達「可能為空」的情況

std::optional<int> findValue(const std::map<int, int>& mapping, int key) {
    auto it = mapping.find(key);
    if (it != mapping.end()) {
        return it->second;  // 找到了，返回值
    }
    return std::nullopt;    // 沒找到，返回空值
}

// 使用前必須檢查
auto value = findValue(numbers, 42);
if (value.has_value()) {
    std::cout << "Found value：" << value.value() << std::endl;
}

像 Python 可以 return None 來表示空值，std::nullopt 也提供了一個表達空值的方式。 傳統的方式只能像是：

bool findResult(const std::vector<int>& mapping, int target, int& result) {
    for (const auto& value : mapping) {
        if (value == target) {
            result = value;  // 找到了，設置結果
            return true;     // 返回成功
        }
    }
    return false;            // 沒找到，返回失敗
}

constexpr 可以在編譯時計算

constexpr int factorial(int n) {
    return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);
}

// 在編譯時就能計算出結果
constexpr int fact5 = factorial(5);  // 編譯時計算為 120

用 using 簡化程式

using（稱為型別別名，Type Alias）和 typedef 的功能基本上是一樣的：它們都是為現有的型別建立一個「別名」，而不是建立新的型別。

• using： using [新名字] = [舊型別];
• typedef： typedef [舊型別] [新名字]; // 比較不直覺

using 有一個 typedef 做不到的是模板別名（Template Alias）。

例如

template <typename T> using Handler = std::function<void(const T&)>;
Handler<int> intHandler;

用 using 來簡化 std::function 的例子。例如說我們的參數是一個 callback function

void setOnProgress(std::function<void(double, size_t)> callback) {
    progressCb = callback;
}

// 用 using 簡化
using ProgressCallback = std::function<void(double percentage, size_t bytesSent)>;

void setOnProgress(ProgressCallback callback) {
	progressCb = callback;
}

表達力

Modern C++ 讓程式碼更接近自然語言：

auto result = numbers
    | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; }) // 挑偶數
    | std::views::transform([](int x) { return x * x; })   // 轉平方
    | std::ranges::to<std::vector>();                      // 直接收進 vector

C++23 加入了 std::ranges::to 更重要的是不用再寫一堆 Iterator。

效能

Modern C++ 的效能提升，精確來說是實踐了 「零成本抽象（Zero-overhead abstraction）」。

• constexpr：這真的很好用。能把計算直接塞進編譯階段，執行時完全不用花 CPU 時間。到了 C++20 更有 consteval 強制編譯期計算。
• 移動語意 (Move Semantics)：這是 C++ 的續命符。它解決了以前回傳大型物件時，為了怕拷貝太慢得傳指標或寫得扭扭捏捏的問題。現在直接 return 沒負擔。

試試看吧，漸進式升級

一開始先試著用 std::array 或 std::vector 來取代傳統的 array。 然後用 smart pointer 來取代 new/delete。 過程中用 auto 來少打一些字。 用 using 來簡化落落長的型別。 用 Lambda 來簡化 callback（不用在遠遠的地方定義 function）。

試試看，當冗長的 code 變得清爽，思路也比較不容易打結。

最後

雖然 C++ 還是有很多可以改進的地方，例如 package 的使用跟 Python 相比就麻煩很多。 但還是有在改變，試試看吧。