C++26-Standardentwurf mit Reflektion, Speichersicherheit, Verträgen und Async-Framework finalisiert

C++26-Standardfunktionen

Der Entwurf des C++26-Standards ist laut Herb Sutter, dem ehemaligen Vorsitzenden des ISO-C++-Standardisierungskomitees, nun abgeschlossen. Der fertiggestellte Entwurf führt vier Hauptbereiche der Verbesserung ein.

Reflektion

Reflektion gibt Entwicklern Zugriff auf die interne Maschinerie von C++, wodurch die Sprache sich selbst beschreiben und Code ohne Laufzeit-Overhead generieren kann. Dies bietet eine solide Grundlage für Metaprogrammierung und kann die zukünftige Sprachentwicklung vereinfachen, indem neue Funktionen als wiederverwendbare Compile-Time-Bibliotheken ausgedrückt werden können.

Als Beispiel ermöglicht Reflektion spezialisierte Syntax für die Deklaration von C++-Schnittstellen:

class(interface) IFoo {
    int f();
    void g(std::string);
};

Dies wird in die klassische Schnittstellendeklaration mit virtuellen Methoden übersetzt. Die Schnittstellenabstraktion ist Teil von cppfront, einem Compiler, der auf reinen ISO-C++ aufbaut und andere Abstraktionen wie:

• copyable zum Ausdrücken eines Typs mit Kopier-/Verschiebekonstruktion/-zuweisung
• ordered zur Definition eines total geordneten Typs mit Operator<=>
• union für eine getaggte Union mit Namen
• regex und mehr

Speichersicherheit

C++26 beinhaltet die sofortige Eliminierung von undefiniertem Verhalten beim Lesen nicht initialisierter lokaler Variablen sowie Grenzsicherheit für die meisten Standardbibliothekstypen, einschließlich vector, span, string und string_view.

Diese Änderungen wurden bereits bei Apple und Google in der Produktion über Hunderte von Millionen Zeilen C++-Code eingesetzt. Allein bei Google hat es über 1.000 Fehler behoben, soll 1.000 bis 2.000 Fehler pro Jahr verhindern und die Segfault-Rate in der Produktionsflotte um 30 % reduziert.

Diese Vorteile wurden einfach durch Neukompilierung bestehenden Codes mit dem neuen Compiler erreicht. Nur in sieben Fällen konnte der Compiler hochoptimierten Code nicht analysieren, was Entwickler dazu zwang, eine feingranulare API zu verwenden, um die Speichersicherheit in diesen spezifischen Teilen selektiv zu deaktivieren.

Verträge

C++26-Verträge bringen defensives Programmieren in die Sprache und verbessern sowohl die funktionale als auch die Speichersicherheit. Sie ermöglichen Entwicklern, Vor- und Nachbedingungen auszudrücken, die während einer Methodenausführung nicht verletzt werden dürfen. Verträge verschieben Assertions in Funktionsdeklarationen, wodurch sie für Aufrufer und statische Analysetools sichtbar werden.

C++ bietet vier Möglichkeiten, Vertragsverletzungen zu behandeln: ignorieren, beobachten, erzwingen und schnell erzwingen. Die Verträge bringen auch einen nativen Assertionsmechanismus, der das assert-Makro von C ersetzt.

Asynchrones Modell: std::execution

C++26 führt std::execution als Framework ein, um Nebenläufigkeit und Parallelität auszudrücken und zu steuern. Die drei Hauptabstraktionen sind Scheduler, Sender und Empfänger, die über eine Reihe von anpassbaren asynchronen Algorithmen kombiniert werden können.

std::execution ist dafür ausgelegt, mit C++20-Coroutinen zu arbeiten und erleichtert das Schreiben von Programmen, die strukturierte (streng lebensdauer-geschachtelte) Nebenläufigkeit und Parallelität verwenden, um datenwettlauf-frei durch Konstruktion zu sein.

Die beiden großen C++-Compiler, GCC und Clang, haben bereits die meisten C++26-Funktionen während des Standardisierungsprozesses implementiert.