现代 C++ 实战（17）：C++23 新特性

C++20 上了 Concepts、协程、Ranges；C++23 继续「还债」：std::expected 补错误处理、std::print 补输出、deducing this 补成员函数模板、std::generator 补协程生成器——不必等 C++26 也能用上不少干货。

这一篇对应 demo：ref/cpp_demo/basics/cpp23_features/（强制 C++23 编译，库特性再用条件编译按标准库能力启用）。

这是「现代 C++ 实战」系列的第 17 篇。建议先读第 16 篇：GoogleTest 与第 08 篇：错误处理。

一、C++23 概览

特性	解决什么
`std::expected<T, E>`	成功值 + 错误原因，替代部分异常/错误码
deducing this	一份成员函数覆盖 const/非 const
`std::print` / `println`	类型安全格式化输出
`std::generator`	标准协程生成器（惰性序列）
`if consteval`	constexpr 函数里区分编译期/运行期
`std::mdspan`、多维 `[]`	多维数组非拥有视图
Ranges 增强	`zip`、`enumerate`、`chunk`…
`42uz`	`size_t` 字面量，消除符号警告

编译器支持参差不齐——demo 的 CMake 要求 -std=c++23（GCC 14+ / Clang 18+ / Apple Clang 16+），在此之上再用 __has_include(<expected>) / __has_include(<print>) / __has_include(<generator>) 与 __cpp_explicit_this_parameter 做条件编译，标准库缺哪个就只打印说明。

demo（单文件 cpp23_features.cpp）真正跑代码的是 std::expected、deducing this、uz 字面量三项；if consteval、多维 []、std::to_underlying、Ranges 增强只打印文字说明或伪代码，std::print / std::generator 只做支持检测。下文这几节的代码是通用示意。

二、`std::expected`：Result 的 C++ 版

类似 Rust 的 Result<T, E>：要么有值 T，要么有错误 E。

#include <expected>

enum class ParseError { EmptyInput, InvalidFormat, OutOfRange };

std::expected<int, ParseError> parse_int(const std::string& str) {
    if (str.empty()) {
        return std::unexpected(ParseError::EmptyInput);
    }

    try {
        size_t pos;
        int value = std::stoi(str, &pos);
        if (pos != str.size()) {
            return std::unexpected(ParseError::InvalidFormat);
        }
        if (value < 0 || value > 1000) {
            return std::unexpected(ParseError::OutOfRange);
        }
        return value;  // 成功：直接返回值
    } catch (...) {
        return std::unexpected(ParseError::InvalidFormat);
    }
}

（demo 的 parse_int：空串 → EmptyInput，"abc" → InvalidFormat，"9999" → OutOfRange。）

方式	缺点
异常	控制流隐式、部分场景开销大
错误码	易忽略返回值
`optional`	只知失败，不知原因
`expected`	值 + 错误类型都明确

常用 API：

auto r = parse_int("42");
if (r) { std::cout << *r << "\n"; }
else   { std::cout << to_string(r.error()) << "\n"; }  // demo 自定义的 to_string(ParseError)

int safe = parse_int("invalid").value_or(-1);

auto chain = parse_int("25")
    .transform([](int v) { return v * v; })               // 625
    .transform([](int v) { return std::to_string(v); });  // "625"

demo 还有一个 parse_and_sqrt：parse_int(str).transform(...) 把 expected<int, ParseError> 变成 expected<double, ParseError>，错误原样透传。

与第 08 篇对照：expected 适合可预期的失败（解析、文件打开）；异常仍适合真正异常路径。

三、deducing this：显式 `this` 参数

以前 const / 非 const 各写一份：

1 2	int& at(size_t i) { return data[i]; } const int& at(size_t i) const { return data[i]; }

C++23 deducing this 合并为一份：

template <typename Self>
auto&& at(this Self&& self, size_t i) {
    return std::forward<Self>(self).data[i];
}

编译器根据 self 是 T&、const T&、T&& 推导 const 性与值类别（demo 中 OldStyle / NewStyle 两个 struct 对照）。还可用于链式调用（demo 的 set_first(this auto&& self, int val)）、递归 lambda：

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auto factorial = [](this auto&& self, int n) -> int {
    return n <= 1 ? 1 : n * self(n - 1);
};

需 __cpp_explicit_this_parameter >= 202110L（GCC 14+、Clang 18+ 较完整）。

四、`std::print` / `std::println`

终于不必 cout << 链式拼接：

#include <print>

std::print("Hello, {}!\n", name);
std::println("x = {}, y = {}", x, y);  // 自动换行

基于 std::format（第 09 篇），类型安全、可本地化。头文件 <print>，GCC 14+ / Clang 18+ 库支持较新。

五、`std::generator`：协程生成器

C++20 有协程，但缺标准「生成器」类型；C++23 补上：

#include <generator>

std::generator<int> fibonacci() {
    int a = 0, b = 1;
    while (true) {
        co_yield a;
        auto next = a + b;
        a = b;
        b = next;
    }
}

for (int n : fibonacci()) {
    if (n > 1000) break;
    std::print("{} ", n);
}

惰性：按需 co_yield，适合大序列、管道式处理。编译器与 <generator> 头文件支持仍在完善中。

六、`if consteval`：编译期 vs 运行期

在 constexpr 函数里同一签名、两套实现：

int simd_square(int n);  // 运行期优化实现，省略

constexpr int heavy_or_simple(int n) {
    if consteval {
        return n * n;           // 编译期：简单实现
    } else {
        return simd_square(n);  // 运行期：SIMD 优化
    }
}

if consteval 分支在编译期求值时必须可走 constexpr 路径；比 if (std::is_constant_evaluated()) 语义更清晰。

七、`std::mdspan` 与多维 `[]`

多维数组的非拥有视图（不拷贝数据）：

#include <mdspan>

std::vector<double> buf(12);
std::mdspan<double, std::extents<std::size_t, 3, 4>> m(buf.data());
m[1, 2] = 3.14;  // C++23 多维下标

配合 std::extents<IndexType, Extents...> 描述形状（第一个模板参数是下标类型），适合矩阵、图像块、科学计算。替代手写 buf[i * cols + j]。<mdspan> 需要较新的标准库（libstdc++ 15 / libc++ 17 起）。

八、其他实用改动

特性	示例 / 说明
`42uz`	`size_t` 字面量，`for (auto i = 0uz; i < v.size(); ++i)`
`std::to_underlying`	`std::to_underlying(Color::Red)` 取 enum 底层值（demo 里只留了注释，实际仍用 `static_cast<std::underlying_type_t<Color>>`）
`std::flat_map` / `flat_set`	连续内存有序关联容器，缓存友好
Ranges	`views::zip`、`enumerate`、`chunk`、`slide`…（详见第 10 篇）

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// enumerate — 类似 Python
for (auto [idx, val] : vec | std::views::enumerate)
    std::print("{}: {}\n", idx, val);

九、demo 运行与编译器要求

1 2	cd ref/cpp_demo/basics/cpp23_features ./build.sh --run

程序（target cpp23_features）依次调用 demo_expected()、demo_deducing_this()、demo_misc_features()、demo_ranges_enhancements()，最后 demo_feature_summary() 打印当前编译器对 std::expected、std::print、Deducing this、std::generator、size_t literal (uz) 五项的 ✅/❌ 支持情况，以及 __cplusplus 的值。

特性	大致要求
`std::expected`	GCC 13+、Clang 17+
`std::print`、deducing this	GCC 14+、Clang 18+
`std::generator`	较新 libc++ / libstdc++
全量 C++23	`-std=c++23`，`__cplusplus == 202302L`

demo 的 CMakeLists.txt 设置了 CMAKE_CXX_STANDARD 23 + CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON，编译器不支持 C++23 时会直接报错，不再静默回退到 C++20。至少需要 GCC 14+ / Clang 18+ / Apple Clang 16+；系列 Docker 镜像默认的 GCC 15 可以直接编译，也可以用 ./build.sh --cxx clang++ 切到 Clang 22 + libc++ 对比两套标准库的支持情况。

策略：新代码用 expected + print；需要兼容旧编译器的库代码，可以像 demo 那样用 #if __has_include(<expected>) 分支，回退到 optional 或错误码。

十、小结

特性	一句话
expected	值或错误，可链式 transform
deducing this	一份成员函数，const/非 const 通吃
print	format 风格的标准输出
generator	协程惰性序列
if consteval	constexpr 内外分支
mdspan	多维数组视图