技术: C++11 auto和decltype总结

主要讲讲编译时和运行时类型推导的用处和妙用, 一般是在模板编程中.

摘要: auto&decltype 表面上是为了实现C++11的新特性才引入的, 实际上编程中使用它会大大简化代码.

最常见的情况恐怕是写vector<int>::iterator it, 这种名字过长的情景, 简化了代码的书写.

auto

编译时类型推导

(C++98/03中一直就有auto关键字了，只不过在C++98/03中auto关键字用于标识具有自动存储期的局部变量，它的作用并不大; 在C++11中auto关键字被重新利用了，用作类型推导)

写容器代码的时候, 尤其是迭代器, 算法之类的, 太长了&复杂了, 直接用auto吧, 编译器自动推导类型

比如:

auto x = 5; //auto即int
static auto y = 0.0;        //auto即double

还有一种情况用auto, 即

需要给lambda表达式命名的时候, 匿名的仿函数, 很少能写出它的命名, 直接用auto吧.

《深入应用C++11 代码优化与工程机应用》专门研究过这个问题.

推导规则

理论上, 这里属于编译器实现的部分, 编译器会根据具体的情况推导出具体的类型.

• 当表达式是一个引用类型的时候，auto会把引用类型抛弃，直接推导成原始类型
• 当表达式是一个带cv限定符时，auto会把cv限定符也就是const抛弃，推导成non-const的
• 当auto和引用类型相结合时, 编译器在推导时保留表达式的cv限定符

总结起来就:

• 当不声明为指针和引用是，auto的推导结果类型将抛弃表达式的引用和CV限定符
• 当声明为指针或引用时，auto推导结果将保留表达式的的cv属性

  int x = 0;
  const auto &g = x;
  auto &h = g; //此时h的类型是 const int &, 即auto是保留了const属性

最好:

在传递const变量的时候，使用auto必须自己加const
auto不涉及引用和指针, 即&和*, 在定义的时候, 单独写出来

注意事项

注意一下, auto的机制限制:

• auto不能作为函数形参
• auto不能修饰类或者结构体中的非静态成员变量
• auto不能定义数组
• auto不能推导出模板参数

它毕竟是编译时处理, 即编译时不能确定的, auto都做不了(运行时需要确定的请用decltype, 获取变量&对象&表达式的类型)

具体的例子:

void func(auto a = 1){};  //error: auto不能用于函数形参，哪怕是带默认参数的形参  
  
struct MyStruct  
{  
    auto var = 1;           //error: auto不能修饰类或者结构体中的非静态成员  
    static auto var2 = 2;  
};  
  
template<class T>  
struct Bar{};   
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
{  
    int arr[10] = { 0 };  
    auto a = arr;  //OK: a ->int *  
    auto r[10] = arr;  //error : auto不能定义数组  
  
    Bar<int> bar;  
    Bar<auto> bb = bar;  //error: auto 不能作为模板参数  
    return 0;  
}

高级用法

一般高级用法是用在模板, 即元编程中, 用于运行时才能确定类型, 当前先用auto为了通过编译, 需要auto和decltype配合.

例如, 某个方法, 由于某种原因, 其返回值当前不知道(取决于形参类型), 可以这么写:

template<typename X, tyname Y>
auto get(X x, Y y) -> decltype(x+y) {//具体实现}

如果你直接写decltype(x+y) get(X x, Y y)是不能通过编译的, 因为直到函数体执行时, 编译器才了解到 x 和 y.

decltype

decltype

有部分网友说这个关键词纯粹是为了开发标准库而引入的机制, 可能吧

C++11 也提供了从对象或表达式中“俘获”类型的机制, 相当于typeof(), 但是不同于 auto, 它永远能推导出实际调用对象的类型, 即运行时推导.

decltype永远推导出表达式的实际类型，不管你定义时是不是加了指针或者引用标记(一般不需要额外配合, 也不丢失属性)

推导规则如下:

• expr是标识符，类访问表达式，decltype(expr)和expr的类型保持一致
• expr是函数调用，decltype(expr)和返回值类型一致
• expr是一个左值，则decltype(expr)是expr类型的左值引用，否则和expr类型一致

主要用途:

• 用于返回值类型
• 用于类型替代
• 元编程(模板编程)

返回值

新的操作符 decltype 可以从一个表达式中“俘获”其结果的类型并“返回”.

再重复一下是上面 auto 的例子, 在《C++标准库2e》中有这么一个用法:

template<typename T1, typename T2>
decltype(x+y) add(T1 x, T2 y);

用来描述两个类型兼容(当然不是类型一致, 类型一致的话, 要一个模板参数即可)的两个变量的加操作.

可惜编译不通过, 因为decltype(x+y)时, 还不知道这两个变量, 只有在函数实现部分内部才知道.

所以编译器需要我们这样处理:

template<typename T1, typename T2>
auto add(T1 x, T2 y) -> decltype(x+y);

表示编译时, 编译器当做auto即可, 运行时根据decltype进行推到(或强转).

类型替代

其实它就是 gnu实现的typeof的标准版, 拿到类型, 然后用于下面的代码:

map<string, float> m;
decltype(m)::value_type elem;

再例如:

const vector<int> vi;  
typedef decltype (vi.begin()) CIT;  
CIT another_const_iterator;

(不同于typeid, 它的功能非常有限, 只用于显示类型)

元编程

还有一种情况, 其实就是倒腾模板, 比如说, lambda表达式的的类型需要传递给模板, 例如下面的代码:

auto comp = [](const Person&p1, const Person&p2)->bool{
	//具体的实现
};

std::set<Person, decltype(comp)> set1(comp);//如果这里不传入comp, 就

如果这里不传入comp, 即set1(comp);不指定用于比较的 functor , 那么编译器就会报错, 找不到lambda表达式类型的functor的构造器以及赋值函数.

其他例子:

template<typename T>
void test(T obj) {
	typedef typename decltype(obj)::iterator iType;
	//相当于
	//typedef typename T::iterator iType;
}

其中typename 就是用来告诉编译器整个后面的decltype(obj)::iterator或者T::iterator确实是模板类型.

可能有人会觉得多此一举, 但是注意上面的, 模板第一编译的时候肯定通过, 而第二次编译, 即根据调用特化成模板函数时, 不一定成功,

因为T::iterator, 类型T必须要有iterator才行.

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auto, decltype 对于元编程的内容的影响远不止如此, 水平有限, 先说这么多.

参考资料

1. 《深入应用C++11 代码优化与工程机应用》
2. 《C++标准库2e》