面向 Qt 程序员的 C++14

原文链接：https://woboq.com/blog/cpp14-in-qt.html 作者：Olivier Goffart 发表于：2014 年 11 月 17 日

C++14 是当年即将发布的新一代 C++ 标准。相比于引入大量新特性、并且花费了编译器厂商很长时间才完全支持的 C++11，C++14 的改动要轻量得多，目前已被 clang、gcc 等主流编译器良好支持。

Qt 5 在多个方面已经完成了对 C++11 的适配，使开发者能够在 Qt 项目中使用现代 C++ 特性。关于这部分内容，可以参考我之前的文章《Qt5 中的 C++11》。本文将重点介绍 C++14 中的一些变化，以及它们对 Qt 用户的影响。

泛型 Lambda（Generic Lambda）

C++11 引入了 Lambda 表达式，而 Qt 5 则允许你使用新的 connect 语法，将信号直接连接到 Lambda。 C++14 进一步简化了 Lambda 的使用方式：参数类型可以自动推导，无需显式指定。

你可以使用 auto 作为 Lambda 参数类型，例如：

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connect(sender, &Sender::valueChanged, [=](const auto &newValue) {
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    receiver->updateValue("senderValue", newValue);
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});

从实现角度来看，Lambda 本质上是一个带有 operator() 的仿函数对象。 对于泛型 Lambda，这个 operator() 会被生成为一个模板函数。

我曾为此对 Qt 做过一次修改，该改动已在 Qt 5.1 中合入，使 Qt 的 connect 能够正确支持这类仿函数。

C++14 还允许在捕获列表中使用表达式，这让代码更加清晰：

xxxxxxxxxx
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connect(sender, &Sender::valueChanged,
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        [receiver = getReceiver()](const auto &newValue) {
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    receiver->updateValue("senderValue", newValue);
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});

放宽的常量表达式（Relaxed Constant Expressions）

C++11 引入了关键字 constexpr。Qt 4.8 增加了宏 Q_DECL_CONSTEXPR，在编译器支持时会展开为 constexpr。在 Qt 5 中，我们已经尽可能多地在合适的函数上使用了它。

C++14 对 constexpr 的限制进行了大幅放宽：

• C++11 中，constexpr 函数只能包含一条 return 语句

• 只能用于 const 成员函数

而在 C++14 中，只要代码可以在编译期求值，几乎所有形式的实现都是允许的。

例如，下面的代码在 C++11 中是非法的，但在 C++14 中完全合法：

xxxxxxxxxx
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constexpr int myFunction(int v) {
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    int x = 1;
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    while (x < v * v)
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        x *= 2;
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    return x;
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}

另外需要注意一个重要变化：

• 在 C++11 中，constexpr 成员函数会被隐式视为 const

• 在 C++14 中，非 const 的成员函数同样可以是 constexpr

这意味着： 如果某个成员函数在 C++11 中被声明为 constexpr，但未显式标注 const，那么在 C++14 中它的 const 属性将发生变化，从而可能导致二进制不兼容。

好消息是：在 Qt 中，所有使用 Q_DECL_CONSTEXPR 的成员函数都明确声明了 const，因此保持了 ABI 兼容性。

从 Qt 5.5 开始，引入了一个新的宏：

xxxxxxxxxx
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Q_DECL_RELAXED_CONSTEXPR

当使用 C++14 编译时，它会展开为 constexpr，从而允许我们逐步为更多合适的函数（例如 operator=）添加该标注。

一些实用的小特性

C++14 还引入了不少提升可读性和开发体验的小特性。 这些特性对 Qt 本身影响不大，但只要启用了 C++14，你就可以在自己的代码中放心使用。 我们也确保了诸如 moc 这样的 Qt 工具能够正确解析它们。

数字分组分隔符

可以在数值字面量中使用 ' 作为分隔符，提升可读性：

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int i = 123'456'789;

二进制字面量

现在可以使用 0b 前缀表示二进制数：

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int i = 0b0001'0000'0001;

自动返回类型推导

对于内联函数，可以使用 auto 作为返回类型，让编译器自动推导：

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auto sum(int a, int b) { return a + b; }

⚠️ 注意： 这种写法不能用于 Qt 的 slot 或 Q_INVOKABLE 方法，因为 moc 无法推断返回类型。

变量模板（Variable Template）

C++14 允许定义变量模板，而不仅仅是函数或类模板：

​x
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template<typename T>
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const T pi = 3.141592653589793;
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/* ... */
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float f = pi<float>;
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double d = pi<double>;

支持默认成员初始化的聚合初始化

C++11 中，聚合初始化与非静态成员初始化不能同时使用。 C++14 消除了这一限制，使以下代码变得合法且直观：

xxxxxxxxxx
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struct MyStruct {
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    int x;
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    QString str;
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    bool flag = false;
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    QByteArray str2 = "something";
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};
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// C++14 中可以正常编译
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MyStruct s = { 12, "1234", true };
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Q_ASSERT(s.str2 == "something");

引用限定符（Reference Qualifiers）

虽然这是 C++11 的特性，但 Qt 在 5.x 生命周期后期才开始大量使用，因此在此简单介绍。

考虑以下代码：

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QString lower = QString::fromUtf8(data).toLower();

fromUtf8() 返回的是一个临时对象。如果 toLower() 能够复用已有内存并原地转换，将显著提升性能。 引用限定符正是为此而生。

简化后的实现示意：

xxxxxxxxxx
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class QString {
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public:
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    QString toLower() const &;  // 返回拷贝
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    QString toLower() &&;       // 原地修改
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};

& 和 && 表示根据 this 的值类别（左值 / 右值）选择不同实现。

当 toLower() 作用于临时对象时，会调用 && 版本，从而避免不必要的拷贝。

在 Qt 5.4 中，以下函数已受益于该优化：

• QString::toUpper

• QString::toLower

• QString::toCaseFolded

• QString::toLatin1

• QString::toLocal8Bit

• QString::toUtf8

• QByteArray::toUpper

• QByteArray::toLower

• QImage::convertToFormat

• QImage::mirrored

• QImage::rgbSwapped

• QVersionNumber::normalized

• QVersionNumber::segment

标准库的变化

C++11 与 C++14 为标准库带来了大量新特性，其中不少功能与 QtCore 存在重叠。

然而，Qt 对标准库的使用依然非常克制，主要原因包括：

• Qt 不希望将标准库作为 ABI 的一部分

• 以便在切换不同标准库实现（如 libstdc++ / libc++）时保持二进制兼容

• 以及仍需支持部分缺乏完整 C++11 标准库的旧平台

不过，Qt 5 已弃用自身提供的算法库，并明确推荐使用 STL 算法，例如：

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std::sort(...)   // 替代 qSort

结论

在项目中全面采用这些特性可能仍需时间，但我希望你已经像 Qt Creator、KDE、LLVM 等项目一样，开始使用 C++11，并逐步过渡到 C++14。

目前：

• MSVC 新版编译器默认启用 C++14

• clang / gcc 仍需显式开启（如 -std=c++1y）

在 Qt 5.4 及之后的版本中，只需在 .pro 文件中加入：

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CONFIG += c++14

即可启用 C++14 支持。