C++20 укомплетован, C++23 начат. Итоги встречи в Кёльне

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 концепты 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 концептов 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 <type_traits>
  
  template<typename T>
  struct Optional {
      // ...
      ~Optional() requires(std::is_trivially_destructible_v<T>) = default;
      ~Optional() requires(!std::is_trivially_destructible_v<T>) {
          if (inited_) reinterpret_cast<T&>(data_).~T();
      }
  private:
      bool inited_{false};
      std::aligned_storage_t<sizeof(T), alignof(T)> data_;
  };
  

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

  template <class F>
  [[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 <typename T>
  struct S {
      T x;
      T y;
  };
  
  S t{'4', '2'}; // Deduces `S<char>`
  

• __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<int> 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 <bit> 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.
• <format> 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 <numbers> с математическими константами
• Атомики обзавелись функциями wait и notify. Теперь их можно использовать как более легковесные conditional_variable:
  
  

  #include <atomic>
  
  enum class States {
      kInitial, kProcessing, kPosting,
  };
  
  // Фу! Глобальная переменная!
  std::atomic<States> 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 запуска нового потока выполнения std::jthread:
  
  

  #include <thread>
  
  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<int, std::string> 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<int, std::atomic<int>> conc_map;
conc_map.visit(42, [](std::atomic<int>& 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.