C++20 укомплетован, C++23 начат. Итоги встречи в Кёльне29.07.2019 12:19

На днях прошла встреча международного комитета по стандартизации C++ в Кёльне. В прошлый раз был принят feature freeze на C++20, так что комитет должен был обсуждать только исправления уже принятых вещей, а добавлять новинки уже в C++23…

…, но всё было не так!

Что сделали с std: flat_map; останутся ли страшные ключевые слова co_return, co_await и co_yield; успели ли доделать std: format; в каком виде будут контракты в C++20? Всё это вас ждёт под катом.

Evolution Working Group

Понедельник

День был насыщенным — решили переименовать все контракты в snake_case вместо CamelCase. Вдобавок с большим перевесом по голосам приняли предложение P1607, которое меняет синтаксис и поведение контрактов на более понятное (но также требующее макросов).

Вторник

Обсуждали корутины. Отклонили всё, включая наше предложение на отбрасывание co_ с ключевых слов для корутин. Увы.

Среда

Внезапно сообразили, что одобренное в понедельник предложение P1607 никто на практике не проверял, обсуждалось оно минут 30, в то время как существующее решение на контракты оттачивалось в течение многих лет.

После длительного обсуждения решили, что контракты в принципе не готовы к C++20. И убрали их из стандарта.

Четрверг, пятница

Обсуждали вещи для C++23. Основные силы были сосредоточены на новых механизмах в обработке ошибок. Были как общие размышления на тему, так и конкретные предложения на новый спецификатор исключений throws.

Library Working Group

В комитете есть подгруппа LWG. Любой документ, добавляющий функциональность в стандартную библиотеку, должен пройти ревью в этой подгруппе.

Средняя пропускная способность LWG — ~30 документов в неделю. В Кёльне надо было рассмотреть более 50 документов, среди которых около половины крайне внушительных размеров, например:
* std: flat_map
* std: jthread
* operator<=> для стандартной библиотеки
* Новые примитивы синхронизации
+ из EWG прилетела бумага на переименование контрактов в snake_case.

Что из ранее одобренного успели дотащить до C++20

в constexpr теперь не обязательно нуль-инициализировать каждую переменную. Долой int i{};, да здравствует int i;.

requires теперь можно использовать для конструкторов и деструкторов. Соответственно теперь в классе может быть несколько деструкторов:

#include 

template
struct Optional {
    // ...
    ~Optional() requires(std::is_trivially_destructible_v) = default;
    ~Optional() requires(!std::is_trivially_destructible_v) {
        if (inited_) reinterpret_cast(data_).~T();
    }
private:
    bool inited_{false};
    std::aligned_storage_t data_;
};

[[nodiscard]] обзавёлся диагностическим сообщением. Теперь не надо гадать, что же автор библиотек имел в виду:

template 
[[nodiscard("Without storing the result the code executes synchronously")]] future async(F&& );

auto test() {
    // ...

    // warning: Without storing the result the code executes synchronously
    async([huge_data](){
        std::cerr << huge_data;
    });
}

using enum:

enum class rgba_channel { KRed, kGreen, kBlue, kAlpha};

std::string_view to_string(rgba_channel channel) {
  using enum rgba_channel;
  switch (my_channel) {
    case kRed:   return "red";
    case kGreen: return "green";
    case kBlue:  return "blue";
    case kAlpha: return "alpha";
  }
}

Deduction guides для агрегатов заработали из коробки:
```
template 
struct S {
    T x;
    T y;
};

S t{'4', '2'}; // Deduces `S`
```
__asm директивы теперь могут появляться в constexpr функциях (но не могут выполняться!)
Массивы заданного размера теперь можно приводить к размерам неизвестного размера. Другими словами:
```
void f(int(&)[]); // p.s.: надеюсь такой код не пишут без крайней необходимости
int arr[1];

f(arr);          // OK
```
Выкинули контракты из C++20

Новое ключевое слово constinit для гарантированной инициализации на этапе компиляции:

int count_invocations() {
    // Программа не соберётся, если компилятор попытается
    // инициализировать переменную `counter` на рантайме.
    //
    // Другими словами - появился инструмент, позволяющий убедиться
    // что комиплятор не вставит лишние атомарные инструкции для защиты
    // `counter` от конкурентной инициализации.
    static constinit std::atomic counter{0};

    return ++counter;
}

Подкрутили правила описания возвращаемого значения в концептах.
Многие случаи использования volatile теперь deprecated. Компилятор будет как минимум сыпать предупреждениями в этих случаях.

[[nodiscard]] теперь можно навешивать на конструкторы и целые классы:

struct [[nodiscard]] my_scopeguard { /* ... */ };
struct my_unique {
    [[nodiscard]] my_unique(int fd) { /* ... */ } // захватывает ресурс во владение
    /* ... */
};

void sample() {
    my_scopeguard(); // warning
    void(my_scopeguard()); // cast к void, warning не появится
    my_unique(42); // warning
}

Class Template Argument Deduction начал работать для алиасов
std: vector и placement new теперь можно использовать в constexpr
Добавили новый заголовочный файл с большим количеством полезных битовых операций. Повороты битиков, подсчёт количества единичек/ноликов в начале/конце, подсчёт общего количества взведённых битиков — всё это теперь доступно из коробки.
с замечательным набором функций для форматирования строк и интеграция с разными частями библиотеки и языка, включая chrono и locale и более аккуратную поддержку float:
```
constexpr auto birthday = 28d/April/1989;
string s = format("At {0:%d} of {0:%B}, {0:%Y} someone was born", birthday);
assert(s == "At 28 of April, 1989 someone was born");
```
constexpr для bind, invoke, reference_wrapper
Заголовочный файл с математическими константами

Атомики обзавелись функциями wait и notify. Теперь их можно использовать как более легковесные conditional_variable:

#include 

enum class States {
    kInitial, kProcessing, kPosting,
};

// Фу! Глобальная переменная!
std::atomic state{States::kInitial};

void state_machine_do_posting() {
    for (;;) {
        States expected_state = States::kProcessing;

        // Ждем пока другой поток выставит состояние в kProcessing
        state.wait(expected_state);

        if (!state.compare_exchange_strong(expected_state, States::kPosting)) {
            continue;
        }

        // do something
    }
}

Концепты быди переведены в snake_case
operator!= теперь по умолчанию генерируется из operator ==. Лишние операторы были выкинуты из стандартной библиотеки, некоторые были заменены на operator <=>

std::*stringstream и std: basic_stringbuf обзавелись дополнительными методами для эффективного извлечения и вставки подкапотной строки:

std::string to_string(const MyType& v) {
    std::string buf;
    constexpr std::size_t kMaxSize = 32;
    buf.reserve(kMaxSize);

    // До C++20 копировало строчку, в C++20 — принимает во владение
    std::ostringstream oss{std::move(buf)};
    oss << "MyType{" << v << '}';

    // До C++20 копировало строчку, в C++20 — извлекает
    return std::move(oss).str();
}

Новый класс для запускса нового потока выполнения std: jthread:

#include 

void sample() {
    bool ready = false;
    std::mutex ready_mutex;
    std::condition_variable_any ready_cv; // нужен именно `_any`!

    std::jthread t([&ready, &ready_mutex, &ready_cv] (std::stop_token st) {
        while (!st.stop_requested()) {
          /* ... */
          {
            std::unique_lock lock{ready_mutex};

            // Ждёт нотификации и ready == true, или stop_token.request_stop(),
            // или jthread.request_stop().
            ready_cv.wait_until(lock, [&ready] { return ready; }, st);
          }
          /* ... */
        }
    });

    /* ... */

    // Деструктор `t` вызовет request_stop() и будет ждать пока лямбда не завершится.
}

Новые type_traits для понимания, что два разных типа данных имеют одинаковое внутреннее представление.
История предложения
Три года назад некий antoshkka выступал с докладом о рефлексии без макросов и кодогенерации в C++14 на CppCon. В конце доклада Лиза Липпинкотт привела пример структуры, где рефлексия должна отработать неправильно. В этом конкретном примере всё работало хорошо…, но обсуждение продолжилось уже после доклада, за обедом вместе с Маршаллом Клоу.
В итоге был найден пример, где рефлексия косячит. Как итог, в документе от Лизы Липпинкотт на новые type_traits есть занятное введение:
Over dinner at CppCon, Marshall Clow and I discussed a bit of code that relied on two types being layout-compatible. As it happened, the types weren«t layout-compatible after all. I opined that there should be a way to statically assert layout-compatibility, so that the error would be caught at compile time, rather than dinner time. Marshall replied, «Write a proposal.» This is that proposal.
Появился класс std: source_location, который умеет на этапе компиляции получать строчку, функцию и имя файла с исходниками.
Выкинули недавно добавленные перегрузки для unordered контейнеров. Теперь опять нельзя передавать заранее предподсчитанный хеш в функции поиска.

Увы, std: stacktrace, std: flat_map, std: flat_set в C++20 не попали :(

С++23

Началась работа над крупными вещами, включая адаптацию Boost.Process для стандарта, переосмысливание работы с файлами и вводом/выводом, линейную алгебру, юникод, 2d графика, аудио, JIT компиляцию C++ кода.

Большая часть вещей будет ещё претерпевать крупные изменения. Ближе всего к принятию std: filesystem: path_view. path_view позволит работать с путями без динамических аллокаций, что является первым шагом к сверхпроизводительной работе с файловой системой.

Заслуги РГ21

Как и всегда, мы работали в различных подгруппах, чинили баги, правили тексты, делились опытом по внедрению, презентовали бумаги, авторы которых не смогли приехать. Так, например, в последний момент заметили и подправили работу std: format с Inf/NaN; убрали неожиданности из интерфейса jthread; протащили через одну из подгрупп предложение на хеширование pair, tuple, string, array.

Много времени провели в подгруппе SG1 Concurrency за обсуждением conscurrent_unordered_map. В итоге функции visit теперь не будут защищать переданный value от конкурентной модификации, только от удаления из контейнера:

concurrent_unordered_map conc_map;
conc_map.visit(42, [](std::string& value) { // да, неконстантная ссылка....
    // Раньше было всегда OK. Теперь OK если другие визиторы не меняют это же value.
    std::cerr << value; 

    // Раньше было всегда OK. Теперь OK если другие визиторы не меняют это же value.
    value += "Hello"; 
});

.
С таким интерфейсом проще стрелять себе в ноги выжать максимум производительности для некоторых статистических задач, при этом синхронизация фактически ложится на плечи пользователя:

concurrent_unordered_map> conc_map;
conc_map.visit(42, [](std::atomic& value) { // да, неконстантная ссылка....
    // Всегда OK
    ++ value; 
});

Так же есть небольшие подвижки в SG6 Numerics — начали думать над Numerics TS с большим количеством новых классов чисел, в том числе с wide_integer от нас.

Прочее

Осенью в Питере состоится конференция C++ Piter, на которой можно будет лично пообщаться со многими людьми из комитета.

Встреча РГ21 по итогам Кёльнского собрания ISO стоитоится 9 августа (регистрация обязательна, количество мест ограничено). На встрече можно задать вопросы об интересующих вас новинках и узнать побольше о C++20 и C++23.