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大家好，我是极智视界，本文介绍一下 从数组求和来看C++的发展。
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从一个案例来看 C++ 的发展。
定义一个数组 {4, 2, 6, 7}，求数组里所有数的和，并将之打印
如果是 python 的话，实现非常简洁 (但你要清楚的是，代码简洁并不代表程序效率高)：
- python
arr = [4, 2, 6, 7]
print(sum(arr))
那用 C++ 该如何实现呢。大家知道 C++ 是由 C语言发展而来，所以先来看一下 C语言的实现。
- 古代：C语言
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(){
size_t nums = 4;
int *arr = (int *)malloc(nums * sizeof(int));
arr[0] = 4;
arr[1] = 2;
arr[2] = 6;
arr[3] = 7;
int sum = 0;
for(size_t i = 0; i < nums; i++){
sum += arr[i];
}
printf("%d\n", sum);
free(v);
return 0;
}
C语言看起来明显要比 python 麻烦不少吧，多了 malloc内存管理、指针逐个赋值、循环加和的过程。
再来看 C++98。
- 近代：C++98 引入了 STL 容器库
#include <iostream>
#include <vector>
int main(){
std::vector<int> arr(4);
arr[0] = 4;
arr[1] = 2;
arr[2] = 6;
arr[3] = 7;
int sum = 0;
for(size_t i = 0; i < arr.size(); i++){
sum += arr[i];
}
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
C++98 引入了 vector 这个模板类，自带内存管理，所以相比C语言不需要自己进行手动管理内存了。输出函数这里采用了运算符重载的特性，不用像C语言 printf 那样需要显式指定是要用 %d 还是 %f 了，方便挺多。不过在数组赋值那一块还是和C语言一样的。
接着来看 C++11。
- 近现代：C++11 引入了 {} 初始化表达式
#include <iostream>
#include <vector>
int main(){
std::vector<int> arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = 0;
for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
sum += arr[i];
}
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
这样，通过花括号就把 C++98 中对数组的初始化给优化地更加简洁了。
另外，C++11 还引入了一个很方便的、基于范围的 for循环，来看看通过基于范围的 for循环怎么来进一步做简化。
- 近现代：C++11 引入了 range-based for-loop
#include <iostream>
#include <vector>
int main(){
std::vector<int> arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = 0;
for(int a: arr){
sum += a;
}
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
很明显，for 循环变得更加简洁了。
接着通过 C++11 的 for_each 还可以继续改造。
- 近现代：C++11 引入了 for_each 算法模板
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int sum = 0;
void func(int a){
sum += a;
}
int main(){
std::vector<int> arr = {4, 2, 6, 7};
std::for_each(arr.begin(), arr.end(), func);
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
for_each 是一个算法模版，可以套用到任何支持迭代器的容器。而 for_each 有个不太方便的地方，就是它的 func 是一个外部函数，需要去声明一个全局的 sum 就比较麻烦。对此，C++11 又引入了 lambda 表达式，这样就可以把 func 写在局部了，这样 sum 就可以为一个局部变量。
- 近现代：C++11 引入了 lambda 表达式
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main(){
std::vector<int> arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = 0;
std::for_each(arr.begin(), arr.end(), [&] (int a){
sum += a;
});
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
接着来到了 C++14，在 C++14 中允许 lambda 使用 auto 自动推断类型了。
- 现代：C++14 的 lambda 允许用 auto 自动推断类型
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main(){
std::vector<int> arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = 0;
std::for_each(arr.begin(), arr.end(), [&] (auto a){
sum += a;
});
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
使用了 auto 后，好处就在于 既可以用于 int 类型，也可以用于 float 类型等，要是哪天 arr 的数据类型变化了，auto 也不需要改就能够适应，这样就更加通用了。
继续，来到了 C++17，加入了编译期参数推断，什么意思呢，来看。
- 当代：C++17 CTAD / compile-time argument deduction / 编译期参数推断
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = 0;
std::for_each(arr.begin(), arr.end(), [&] (auto a){
sum += a;
});
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
看 arr 的声明，在 vector 后可以省略 的类型定义了，因为右值都是整型，所以会自动推断为整型。
另外，在 C++17 里边还引入了一些常用的数值算法，放在 这个头里面，比如这里可以用 reduce 归约来求和。
- 当代：C++17 引入了常用的数值算法
#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = std::reduce(arr.begin(), arr.end());
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
当然，reduce 不仅可以用于加法，还可以用于乘法，如果咱们是要求 arr 中每个数的乘积，使用 reduce 的话可以是这样：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = std::reduce(arr.begin(), arr.end(), 1, std::plus{});
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
更加拓展一点，reduce 内的函数还可以自定义，而自定义函数可以用 lambda 表达式来实现，比如还是要求 arr 中每个数的和，使用 reduce 内自定义函数，可以是这样：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7};
int sum = std::reduce(arr.begin(), arr.end(), 0, [] (int x, int y){
return x + y;
});
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
继续进化，在 C++20 中引入了区间 ranges，来看看 ranges 将带来什么样的实现变化。
- 未来：C++20 引入区间 ranges
#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
#include <ranges>
#include <cmath>
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7, 0, -2, -5};
int sum = 0;
for(auto &&a: arr
| std::views::filter([] (auto &&x) {return x >= 0;})){
sum += a;
}
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
通过 ranges 可以有一个筛选的功能在里面，甚至还可以通过 ranges 对筛选出来的元素再直接做一些操作再抛出来用，比如如果想要对以上数组 arr 中大于等于 0 的元素开个根号再求和，通过 ranges 可以这样写：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
#include <ranges>
#include <cmath>
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7, 0, -2, -5};
int sum = 0;
for(auto &&a: arr
| std::views::filter([] (auto &&x) {return x >= 0;})
| std::views::transform([] (auto &&x) {return sqrtf(x);})){
sum += a;
}
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
另外，不得不说 C++ 一直也在学习一些 python 的特性，在往 python 靠拢，本来 C++ 中是通过 include 来包含头文件的，而在 C++ 20 中引入了模块 module 的概念。
- 未来：C++20 引入模块 module
import <iostream>;
import <vector>;
import <numeric>;
import <ranges>;
import <cmath>;
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7, 0, -2, -5};
int sum = 0;
for(auto &&a: arr
| std::views::filter([] (auto &&x) {return x >= 0;})){
sum += a;
}
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
看到这里，是不是会让你有一种错觉：我是在写 C++ 吗？[捂脸]
在 C++20 中，还对 auto 进行了再次的升级，允许函数参数为 auto 了。
- 未来：C++20 允许函数参数为自动推断 auto
import <iostream>;
import <vector>;
import <numeric>;
import <ranges>;
import <cmath>;
int func(auto &&a){
int sum = 0;
for(auto &&a: arr
| std::views::filter([] (auto &&x) {return x >= 0;})){
sum += a;
}
return sum;
}
int main(){
std::vector arr = {4, 2, 6, 7, 0, -2, -5};
int sum = func(arr);
std::cout << sum << std::endl;
return 0;
}
这里，是不是感觉会有一点熟悉呢？func 是不是看起来是和模板函数 template 的作用比较像。
另外在 20 里面还引入了一些多线程的特性，比如 std::future、协程之类的。虽然 C++20 挺香的，但是还没有普遍落地，甚至连 CMake 对 C++20 modules 的支持也不够好，所以暂时还是可以把 C++20 作为拓展来进行学习，项目中还是用 C++17 及以下的较多。
好了，以上分享了 从数组求和来看 C++ 的发展，希望我的分享能对你的学习有一点帮助。
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