引言

在閱讀開源項目源代碼是，發現了一個有趣且特殊的C++特性：屬性。

屬性（attribute specifier sequences）是在C++11標準引入的。在C++11之前，編譯器特有的擴展被廣泛用來提供額外的代碼信息。例如，GNU編譯器（GCC）使用__attribute__來控制函數的行為。但是缺點也很明顯，那就是這種方式缺乏標準化，不同編譯器的特性并不兼容，嚴重影響了代碼的可移植性。

為了解決這一問題，C++11標準引入了屬性，提供一種標準化的方法來給編譯器額外的信息。屬性既可以應用于類型聲明，也可以應用于聲明語句、定義、代碼塊等，為編譯器提供了關于編碼意圖的附加信息。

屬性的作用

屬性引入C++后，提供了以下幾個方面的價值：

1. 可移植性：提供了一種標準的方式來傳達編譯器特定的信息，減少了依賴特定編譯器擴展的需要。

2. 可讀性：通過標準的屬性，代碼的特定行為和意圖被清晰地表達，易于他人理解。

3. 健壯性：屬性可以幫助檢測潛在的錯誤，如忽略了重要的函數返回值。

4. 性能：許多屬性可以幫助編譯器進行優化，提高程序性能。

常見屬性

以下是C++中一些常用的屬性：

1. [[noreturn]] - 表明函數不會返回到調用者。這通常用于那些通過拋出異常或終止程序來退出的函數。

2. [[nodiscard]] - 用于函數或類型，標明調用者不應忽略返回值。對于類型，它表示該類型的對象或其構造函數返回的對象不應被忽略。

3. [[deprecated]] - 標記某個實體（如函數、類、類型別名、變量等）為過時的，建議不要使用。可選地，可以提供一條消息說明替代的使用方式。

4. [[fallthrough]] - 在C++17中引入，用于switch語句的case節中，明確表示允許控制流從當前case分支無條件跳轉到下一個case分支的行為，避免編譯器生成可能的警告。

5. [[maybe_unused]] - 表示某個實體（如函數、類、變量等）可能不會被使用，從而防止編譯器發出未使用警告。

6. [[likely]] 和 [[unlikely]] - 這兩個屬性是在C++20中引入的，用來顯式地指示給定的布爾表達式結果的可能性。[[likely]]表示表達式結果為true的可能性更高，而[[unlikely]]表示結果為false的可能性更高。

7. [[no_unique_address]] - 在C++20中引入，它指示類成員不必擁有唯一的地址，允許空基優化或類似的優化技術。

這些屬性可以用來改善代碼的文檔化、提高性能、幫助編譯器檢查錯誤和警告，以及啟用或禁用特定的編譯器行為。
它們是現代C++編程中代碼質量和維護方面的重要工具。不同的編譯器可能對屬性的支持程度有所不同。

常用屬性示例

[[noreturn]]

[[noreturn]]屬性指示某個函數不會返回到調用者。這通常用于那些通過拋出異常或終止程序來退出的函數。

[[noreturn]] void terminate_program() {// ... 清理操作 ...std::exit(1); // std::exit不返回
}

[[nodiscard]]

[[nodiscard]]屬性用于函數或類型，標明調用者不應忽略返回值。這有助于防止編碼中的錯誤，例如忘記處理函數返回的錯誤代碼。

[[nodiscard]] int compute() {// ... 計算操作 ...return result;
}void example() {compute(); // 如果忽略了結果，編譯器可能會警告
}

C++20對nodiscard進行了擴展，支持注明原因。格式為：[[nodiscard(“reason”)]]

[[deprecated]]

[[deprecated]]屬性用于標記過時的實體。

[[deprecated("Use new_function instead")]]
void old_function() {// ...
}void example() {old_function(); // 使用這個函數時，編譯器會給出警告
}

[[fallthrough]]

[[fallthrough]]屬性用在switch語句中，表示有意識的case穿透。

void example(int val) {switch (val) {case 1:// 計算某些事情[[fallthrough]]; // 明確表明穿透是有意為之case 2:// 1和2執行相同的代碼break;default:// 其他值處理break;}
}

[[maybe_unused]]

[[maybe_unused]]屬性用于可能不使用的變量或函數，防止編譯器發出未使用警告。

[[maybe_unused]] static bool is_debug = true;void example() {[[maybe_unused]] int local_variable = compute();
}

[[likely]] 和 [[unlikely]]

[[likely]]和[[unlikely]]在C++20中引入，幫助編譯器優化分支預測。

bool condition = /* ... */;
if ([[likely]] condition) {// 大多數情況下，條件為真時的代碼
} else {// 條件為假時的代碼
}

其他不常用的屬性介紹

[[carries_dependency]] (C++11)

[[carries_dependency]]屬性用來指示在函數參數或返回值中的依賴關系鏈可以傳遞，這在使用std::memory_order時或在多線程編程中非常重要。

#include <atomic>
#include <iostream>std::atomic<int> global_data;// 該函數表明參數和返回值帶有依賴關系鏈
[[carries_dependency]] int load_data(std::atomic<int>& data) {return data.load(std::memory_order_consume);
}void process_data() {// 從全局數據載入的依賴關系被保留int local_data = load_data(global_data);// 接下來的操作可以依賴于這個順序
}

[[no_unique_address]] (C++20)

[[no_unique_address]]屬性表示非靜態數據成員不必具有唯一的地址，這允許編譯器在可能的情況下進行內存優化。在C++中，即使是完全空的類（不含任何成員變量或成員函數）也至少會占用1字節的大小，這是為了確保每個對象都有一個唯一的地址。但是，有時候這個額外的1字節并不是必須的，例如當空類作為其他類的成員時，這在包含多個空類成員的大型結構體中可以節省大量內存。

struct Empty {}; // empty classstruct X
{int i;Empty e;
};struct Y
{int i;[[no_unique_address]] Empty e;
};int main()
{// the size of any object of empty class type is at least 1static_assert(sizeof(Empty) >= 1); // at least one more byte is needed to give e a unique addressstatic_assert(sizeof(X) >= sizeof(int) + 1); static_assert(sizeof(Y) == sizeof(int)); 
}

[[assume(expression)]] (C++23)

[[assume(expression)]]屬性告訴編譯器，在給定的點上，表達式總是評估為真。這有助于編譯器進行優化。

void process_data(int* ptr) {// 告訴編譯器ptr不為nullptr，這有助于優化[[assume(ptr != nullptr)]]*ptr = 42;
}

[[indeterminate]] (C++26)

[[indeterminate]]屬性是一個假設的屬性，用來指明一個對象如果沒有被初始化，則具有不確定的值。由于C++26還目前還未發布，暫時用不了。

void f(int); 
void g()
{int x [[indeterminate]]; // indeterminate valueint y;                   // erroneous valuef(x); // 允許編譯通過，但是具有不確定的行為f(y); // 編譯報錯，不允許使用未初始化的值
}

[[optimize_for_synchronized]] (TM TS)

[[optimize_for_synchronized]]屬性來自事務性內存技術規范（TM TS），它建議函數應該為同步塊中的調用進行優化。TM TS不是ISO C++標準的一部分，支持度因編譯器而異。

// 這個屬性建議函數在同步塊中調用時應該進行優化
[[optimize_for_synchronized]] void synchronized_function() {// 在同步語句中頻繁調用的函數
}

結語

筆者最喜歡的C++屬性就是[[nodiscard]]了，計劃今天就在團隊中推廣開。因為許多開發者在調用一些可能失敗的函數不檢查返回值，導致代碼魯棒性較低。給一些重要函數加上[[nodiscard]]屬性之后，編譯器就能避免這種情況的發生，真是太有用了。試了一下，MSVC下nodiscard會出現警告，還好我們開了警告視為錯誤，那么就可以確保開發者不會忘記處理返回值了。

如果向了解更多關于C++屬性的知識，那么可以來cppreference看看。cppreference的C++的屬性參考：Attribute specifier sequence(since C++11)