C++进阶 —— auto/decltype(C++11新特性）

目录

一，auto 类型推导

二，decltype 类型查询

实际应用

三，auto与decltype对比

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        在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表(简称TC1)，使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称；不过由于TC1主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯的把两个标准合称为C++98/03标准；从C++0x到C++11，C++标准十年磨一剑，第二个真正意义上的标准姗姗来迟； 相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言；相比较而言，C++11能更好地用于系统开放和库开发，语法更加泛化和简单化，更加稳定和安全，不仅功能强大，而且能提升程序员的开发效率；

一，auto 类型推导

        早期C/C++中，使用auto修饰的变量具有自动生命周期变量(多余，变量默认拥有自动的生命周期)，但一直没有人去使用；C++11中，auto不在是一个存储类型标识符（如 static、register、mutable 等），而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在 编译时 推导而得；

// C++98/03，可以默认写成 int i = 0;
//默认自动具有生命周期；
auto int a = 0;  
//static会更改生命周期或链接属性
static int a = 0;

        由于定义变量时，必须先给出变量的实际类型，但有些情况可能不知道所需要实际类型，或类型书写起来特别复杂；在C++11中，可使用auto来根据变量初始化表达式类型推导变量的实际类型，可给程序的书写带来许多方便；

• 使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型；
• auto并非是一种类型的声明，而是一个类型声明时的占位符，编译器在编译时会将auto替换为实际变量类型；因为是编译时推导的，所以并不影响运行时的性能；
• 为了避免与C++98中的auto混淆，C++11保留了auto作为存储类型标识符的用法；
• auto实际中最常见的优势用法，是跟范围for循环及lambda表达式等进行配合使用；

//short取值范围-32768 ~ 32767
short a = 32670;
short b = 32670;
//如c类型为short，超过取值范围，数据会丢失
//short c = a + b;
//auto会自动根据a+b的结果推导出c的实际类型为int 
auto c = a + b;
//实际类型const int&
const auto& d = c;

map<string, string> mp{{"apple","苹果"},{"banana","香蕉"}};
//迭代器类型复杂
map<string, string>::iterator it = mp.begin();
//auto会自动推导出，书写非常方便，还不容易出错
auto it = mp.begin();

 auto使用细则

• auto可与指针和引用结合起来使用，用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有区别，但用auto声明引用类型时则必须加&；
• 在同一行定义多个变量，但在同一行声明多个变量时，必须是相同类型，否则编译器报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量；

int a = 10;
int& ra = a;
auto b = a; //int
//推导指针
auto c = &a; //int*
auto* cc = &a; //int*
//推导引用
auto d = ra; //int
auto& dd = a; //int&

//定义多个变量，必须是相同类型
int a;string b;
//auto c = a, d = b;

• 当声明不带引用时，auto 的推导结果不带 cv 限定符（const 和 volatile 限定符的统称）后类型一致；
• 当声明带上引用时，auto 的推导结果将保持初始化表达式的 cv 属性；

const int& a = 1;
auto b1 = a; //推导类型为int
auto& b2 = a; //推导类型为const int&

auto不能推导的场景

• auto不能作为函数的参数；
• auto不能直接用来声明数组；
• auto无法推导模板参数；
• 不可在类内声明非静态auto成员变量；

//auto不能作为函数的参数
void fun(auto a){}
//auto不能直接用来声明数组
auto arr[] = { 1,2,3 };
//auto无法推导模板参数
vector<auto> v = { 1,2,3 };
//不可在类内声明非静态auto成员变量；
class Foo {
public:
	auto bar = "Hello, world!";   
};

二，decltype 类型查询

        auto使用的前提是，必须对auto声明的类型进行初始化，否则编译无法推导出实际类型；但有时候可能需要根据表达式运行完成之后结果的类型进行推导(因为编译期间，代码不运行)，此时无法使用auto；需要程序运行完才能知道结果的实际类型，即RTTI(Run-Time Type Identification 运行时类型识别)；运行时类型识别的缺陷，是降低程序运行的效率；

• C++98中已经支持RTTI，typeid只能查看类型，不能用其结果定义类型；
• dynamic_cast只能应用于含有虚函数的继承体系中；

        decltype 操作符（也是关键字），根据表达式（包括变量、函数调用、或者表达式等）在 编译时 进行类型查询，不会对操作数求值（类似sizeof）；

//语法格式
decltype(expression) var;

        如 expression 是一个未被括号包围的变量名或类成员访问，则返回该变量所指对象的类型（包括 cv 限定符和引用等修饰符）；

• 可使用 std::remove_cv 和 std::remove_reference 进行去除修饰符；

const int a = 1;
const int& b = a;
decltype(a) var1 = 2; //推导类型为const int
decltype(b) var2 = b; //推导类型为const int&

std::remove_cv<decltype(a)>::type var3 = 2; //最终类型为int
std::remove_reference<decltype(b)>::type var4 = 2; //最终类型为const int

        如 expression 是一个左值表达式（且不是简单的标识符），则返回 T&，其中 T 是表达式的类型；

const int a = 1;
const int& b = a;
decltype((a)) var1 = 2; //(a)以变为左值表达式，推导类型为const int&
decltype((b)) var2 = a; //(b)以变为左值表达式，推导类型为const int&

如 expression 是一个右值，则返回 T，其中 T 是表达式的类型；

//推导a+b的实际类型来定义c的类型
decltype(1 + 1.0) c; //推导类型为double
cout << typeid(c).name() << endl;

如 expression 是一个函数，则返回该函数返回值的类型；

const char fun();
decltype(fun()) b = 1; //推导类型为char
const decltype(fun()) b = 1; //推导类型为const char

const char* fun();
decltype(fun()) b; //推导类型为const char*

const char& fun();
decltype(fun()) b = 1; //推导类型为const char&

void* GetMemory(size_t size){return malloc(size);}

int main() {
	//只是推演，不会执行函数
	cout << typeid(GetMemory).name() << endl; //void * __cdecl(unsigned int)
	cout << typeid(GetMemory(0)).name() << endl; //void *
}

实际应用

• 推导函数返回值类型（auto结合decltype构成返回类型后置语法）；

//auto此时无类型推导含义，只是返回类型后置语法的组成部分
auto add(int a, int b)->decltype(a + b)
{
	return a + b;
}

• 推导 lambda 表达式类型；

auto lambda_fun = [](int a, int b) -> decltype(a + b)
{
	return a + b;
};

• 推导模板参数类型；

template<typename T1, typename T2>
auto add(T1 a, T2 b) -> decltype(a + b) {
	return a + b;
}

//C++14 中引入的类型推导关键字
//推导出返回值类型，并保留了原有变量的类型和修饰符
template<typename T>
decltype(auto) func(T&v1)  //可把auto理解成要推导的类型，推导过程我们采用decltype
{
   return v1;
}

三，auto与decltype对比