С++23 WIP: онлайн-встреча международного комитета по C++

Вчера прошла встреча рабочей группы ISO C++, добавляли фичи в C++23, исправляли C++20. Мы участвуем в работе комитета, поэтому сегодня поделюсь с вами свежими новостями о развитии стандарта.



Должен заметить, что международный комитет в онлайне работает совсем уж неторопливо… Настолько неторопливо, что на февральской встрече из полезного приняли только std::to_underlying() — функцию, преобразовывающую значение enum к нижележащему целочисленному типу:

enum class ABCD : std::uint64_t { A = 0x1012, B = 0x405324, };

constexpr std::uint64_t value = std::to_underlying(ABCD::A); 

auto [ptr, count] = std::allocate_at_least(allocator, size)

Современные аллокаторы крайне сложны и не всегда делают именно то, о чём вы их просите. Предположим, вы пользуетесь jemalloc и напишете:

std::vector<std::byte> data;
data.reserve(200);

Тогда аллокатор выделит память не под 200 байт, а под 224. Однако у std::vector до C++23 нет никакой возможности об этом узнать и использовать оставшиеся 24 байта (какое расточительство!). Из-за этого могли происходить лишние реаллокации. Например, если вы вставляли в вектор более 200, но менее 225 байт, то вектор мог реаллоцироваться на 400 байт (при этом аллокатор отдал бы нам памяти под 448 байт).

В C++23 добавили новый интерфейс, и теперь аллокаторы могут сообщать вам, под какое количество элементов была выделена память на самом деле. std::vector сможет использовать это из коробки. Ни одного байтика не пропадёт!

Полное описание предложения доступно в документе P0401R6.

std::spanstream

Радостная весть для всех, кто пользуется iostreams! В C++23 добавлены новые классы, позволяющие работать с массивами символов как с потоками, без лишних копирований и динамических выделений памяти:

std::ispanstream isp{"10 20 30"};
int i;
isp >> i;

std::spanstream может работать с любыми символами, расположенными последовательно в памяти (другими словами, со всем, от чего можно сконструировать std::span).

Подробности и больше примеров можно найти в документе P0448R4.

Однако пользователей такого класса в C++23 ожидается не так много, потому что std::format_to был принят ещё в C++20 и обладает несколько большей производительностью. Кстати, о нём…

C++20 правки для std::format и std::format_to

Вот вам небольшой пример с std::format:

auto s = std::format("{:d}", "I am not a number");

Скорее всего, разработчик допустил ошибку при написании этого кода и указал строку формата. При выполнении с текущим стандартом C++20 кинет исключение std::format_error.

Но можно сделать лучше — проверять описание формата и типы аргументов на этапе компиляции и прерывать компиляцию с сообщением об ошибке, если указан неправильный формат. Тогда разработчик точно не сможет ошибиться.

Для C++23 в P2216R3 было предложено сделать именно это — и бэкпортировать исправление в C++20.

std::ranges

Пока Ranges ещё не появились в стандартных библиотеках или их поддержка помечена как экспериментальная, комитет решил немного их переделать.

Улучшения получили std::ranges::split_view в P2210R2, std::ranges::join_view в P2328R1, да и вообще все std::ranges::view* в P2325R3

Теперь код с ranges компилируется и работает в большем количестве случаев, вместо того чтобы ругаться страшными непонятными словами. Например:

    std::string_view s = "1.2.3.4";

    auto ints =
        s | std::views::split('.')
          | std::views::transform([](auto v){
                int i = 0;
                // До P2210R2 тип переменной `v` был forward range, а
                // соответственно никаких .size() и .data() у него не было.
                std::from_chars(v.data(), v.size(), &i);
                return i;
            });

Но это не всё!

На подходе std::ranges::to, который позволит произвольный диапазон сохранять в произвольный контейнер:

std::list<std::forward_list<int>> lst = {{0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}};
auto vec1 = lst | ranges::to<std::vector<std::vector<int>>>();

Чтобы std::ranges::to работал со всеми контейнерами стандартной библиотеки, в P1425R4 были добавлены недостающие конструкторы в std::stack и std::queue.

if consteval

Для любителей метапрограммирования в C++20 добавили std::is_constant_evaluated(). Увы, он плохо справляется с передачей параметров из контекста constexpr в consteval функции:

consteval int f(int i) { return i; }

constexpr int g(int i) {
    if (std::is_constant_evaluated()) {
        return f(i) + 1; // компилятор будет ругаться: "i не константа"
    } else {
        return 42;
    }
}

constexpr auto value = g(1);

В C++23 провели работу над ошибками и добавили более могущественный инструмент if consteval в P1938R3:

consteval int f(int i) { return i; }

constexpr int g(int i) {
    if consteval {
        return f(i) + 1; // Теперь всё хорошо 
    } else {
        return 42;
    }
}

constexpr auto value = g(1);

Прочие мелкие, но заметные улучшения

• В P2186R2 убрали поддержку Grabage Collector, потому что в таком виде им всё равно никто не пользовался, он просто добавлял UB.
  
• Добавили вспомогательные RAII-классы для работы с C API: std::out_ptr и std::inout_ptr в P1132R7.
  
• std::type_info::operator== теперь constexpr, что позволяет писать static_assert(typeid(x) == typeid(y));. Сам документ на редкость небольшой: P1328R1.
  
• Методы starts_with и ends_with теперь доступны не только для std::string и std::string_view, но и в виде отдельных алгоритмов в заголовочном файле algorithm.
  
• std::string_view теперь можно конструировать от contiguous-диапазона, все детали нового конструктора доступны в P1989R2.
  
• std::optional и std::variant теперь более constexpr благодаря P2231R1.
  
• И наконец, приятный багфикс от Яндекса, запрещающий конструирование std::string_view и std::string от nullptr, предложение P2166R1. Ура, больше ошибок будет отлавливаться на этапе компиляции!

Concurrency TS

Маленькая, но радостная новость для любителей многопоточности и lock-free. Готовится к выходу Concurrency TS — экспериментальное многопоточное API для последующего включения в стандарт. В нём нас ждут P1121R3 Hazard Pointers и P1122R4 Read-Copy-Update (RCU).

У нас во фреймворке userver в Яндекс Go есть своя реализация RCU на Hazard Pointers. На редкость полезная и шустрая вещь, всем рекомендую попробовать стандартную реализацию, когда она появится (или, может, мы сначала успеем открыть userver).

Вместо итогов

На подходе в C++23 действительно большие и интересные вещи — flat-контейнеры, unique_function, работающий с агрегатами std::get, constexpr to_chars и даже получение std::stacktrace из любого пойманного исключения.

Некоторые из этих идей мы активно обсуждаем на stdcpp.ru. Кстати, мы переехали на GitHub: github.com/cpp-ru/ideas/issues, чтобы вам было удобнее и привычнее. Присоединяйтесь, предлагайте свои улучшения для стандарта, беритесь за написание несложных предложений.

А ещё мы готовим новенькую конференцию C++ Zero Cost Conf — про высокую нагрузку и приложения, чувствительные к задержкам. Следите за анонсами в телеграм-чате.