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/（含条件编译，按编译器能力启用特性）。

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 用 __has_include 与特性宏做条件编译；GCC 13+、Clang 17+ 起步，部分特性需 GCC 14 / Clang 18。

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);
    // …解析成功 return value; 失败 return std::unexpected(err);
    return 42;
}

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) { use(*r); }
else { log(r.error()); }

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

parse_int("25")
    .transform([](int v) { return v * v; })
    .transform([](int v) { return std::to_string(v); });

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。还可用于链式调用、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：

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<3, 4>> m(buf.data());
m[1, 2] = 3.14;  // C++23 多维下标

配合 std::extents 描述形状，适合矩阵、图像块、科学计算。替代手写 buf[i * cols + j]。

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
`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

程序末尾会打印当前编译器对 expected、print、deducing this、generator、uz 等的 ✅/❌ 支持情况。

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`

策略：新代码用 expected + print；旧编译器用 #if __has_include(<expected>) 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