第3课 auto类型推导（2）

第3课 auto类型推导（2）

一、使用auto的优势

 （一）避免使用未初始化变量

 （二）可简化变量/对象类型的声明

 （三） 在某些场合无法判断出类型时，可用auto自动推导（如lambda表达式）

 （四）可自适应类型，避免隐式类型转换或显式指定类型可能出现的类型错误，增加代码的可移植性。

【编程实验】优先使用auto

#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <functional>
#include <unordered_map>
#include <boost/type_index.hpp>
using namespace std;
using boost::typeindex::type_id_with_cvr;

//辅助类模板，用于打印T的类型
template <typename T>
void printType(string s)
{
    cout << s << " = " << type_id_with_cvr<T>().pretty_name() << endl;
}

class Widget
{
    int mArea;
public:
    bool operator<(const Widget& w) {
        return mArea < w.mArea;
    }
};

//简化变量/对象类型的声明
template<typename It>  //It为迭代器类型
void dwim(It b, It e)  //dwim = do what I mean，做我所想
{
    while (b != e) {  //遍历从b到e范围内的元素
        //1. 冗余、繁琐的写法
        //typename std::iterator<It>::value_type //萃取迭代器所指的元素类型
        //    currValue = *b;

        //2. 使用auto自动推导元素的类型
        auto currValue = *b;
        //...
    }
}

//在某些场合无法判断出类型时，可用auto自动推导
class A
{
public:
    static int func()
    {
        return 1;
    }
};

class B
{
public:
    static double func()
    {
        return 1.5f;
    }
};

template<typename T>
auto test()  //C++14，返回值将根据T::func()类型的不同而不同，但无法事先判断出来！
{
    return T::func();
}

int main()
{
    //1. 避免使用未初始化变量
    //auto x;   //编译失败，x必须被初始化。

    //2. 可简化变量/对象类型的声明
    std::map<double, double> resMap;

    //2.1 繁琐的写法
    //std::map<double, double>::iterator it = resMap.begin();
    //for(; it != resMap.end(); ++it){
    //    //do something
    //}

    //2.2简化写法
    for (auto it = resMap.begin(); it != resMap.end(); ++it) {
    }

    //3. 在某些场合无法判断出类型时，可用auto自动推导（如lambda表达式）
    //3.1 C++11写法
    auto lam1 = [](const std::unique_ptr<Widget>& p1, const std::unique_ptr<Widget>& p2) {
        return *p1 < *p2;
    };
    //3.2 C++14写法（形参可以用auto推导）
    auto lam2 = [](const auto& p1, const auto& p2)
    {
        return *p1 < *p2;
    };
    printType<decltype(lam1)>("lam1");
    printType<decltype(lam2)>("lam2");


    //3.2 用std::function来保存lambda（书写同样繁琐！）
    std::function<bool(const std::unique_ptr<Widget>&, const std::unique_ptr<Widget>&)>  //须先声明函数的类型，繁琐！
        func = [](const std::unique_ptr<Widget>& p1, const std::unique_ptr<Widget>& p2) {
        return *p1 < *p2;
    };
    printType<decltype(func)>("func");

    //3.3 无法事先确定类型时，可用auto自动推导。
    cout << test<A>() << endl; //1: 返回值为int
    cout << test<B>() << endl; //1.5 返回值为double

    //4. 可自适应类型，增加代码的可重用性和移植性。
    //4.1 莫贪图方便，写出“快捷类型”，如以下的unsigned
    std::vector<int> vec; 
    unsigned sz = vec.size();  //vec.size()返回值的类型为std::vector<int>::size_type与unsigned不完全相同
                               //unsigned在32位和64位的Windows系统上均是32位的整数。但
                               //std::vector<int>::size_type在32位和64位Windows分别是32位和64位。
                               //以上代码从32位移植到64位时，可能出现不一致行为！
    auto sz2 = vec.size();     //自动推导类型：std::vector<int>::size_type，在32位和64位上行为表现一致！
    
    printType<decltype(sz)>("sz");
    printType<decltype(sz2)>("sz2");

    //4.2 化解无心之错引发的类型不匹配
    std::unordered_map<std::string, int> m; //unorder_map内部使用std::pair<key,value>存储键值对，且key为const类型
                                            //using value_type      = pair<const _Kty, _Ty>;（参考自VC++2019源码）
    printType<std::unordered_map<string, int>::value_type>("std::unordered_map<string, int>::value_type");

    for (const std::pair<std::string, int>& p : m) { //这里不小心将key写成std::string。（正确应为const string)
        //do something                               //由于这个疏忽，尽管p是个引用，但由于类型不匹配，将导致m中的
    }                                                //每个元素产生一个临时std::pair对象并复制给p，从而造成性能损失。

    //正确的解法
    for (const auto& p : m) {
        //do something
    }
    return 0;
}
/*输出结果：
lam1 = class <lambda_7300d527c50ad8fd230cc9023161ed22>
lam2 = class <lambda_e2c5f09f6886e25bc08911f7b03dc529>
func = class std::function<bool __cdecl(class std::unique_ptr<class Widget,struct std::default_delete<class Widget> > const &,class std::unique_ptr<class Widget,struct std::default_delete<class Widget> > const &)>
1
1.5
sz = unsigned int
sz2 = unsigned int
std::unordered_map<string, int>::value_type = struct std::pair<class std::basic_string<char,struct std::char_traits<char>,class std::allocator<char> > const ,int>
*/

二、auto推导存在的问题

（一）存在问题

    ①auto声明的变量使用大括号初始化表达式进行初始化时，推导出的类型是initializer_list<T>类型。但当auto用在函数返回值推导时，采用的是模板推导规则而不是auto规则，即无法将大括号初始化表达式自动推导为initializer_list类型。

    ②“隐形”的代理类与auto无法和平共处。（代理类，比如std::vector<bool>::reference，由于std::vector<bool>采用压缩算法来存储bool值，其operator[]返回值不是普通的T&，而是前述的代理类，通过这个类提供的可以实现从代理类到bool值的隐式转换）。应避免写出如下代码auto var1 = “隐形”代理类表达式，而应该显式转换如，auto var1 = static_cast<bool>(“隐形”代理类表达式);）

（二）解决方案：显式指定类型或显式强制类型转换

【编程实验】auto推导存在的问题

#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <type_traits>

#include <boost/type_index.hpp>
using namespace std;
using boost::typeindex::type_id_with_cvr;

//辅助类模板，用于打印T的类型
template <typename T>
void printType(string s)
{
    cout << s << " = " << type_id_with_cvr<T>().pretty_name() << endl;
}

class Widget
{
public:
};

//features函数，用于记录Widget对象特性（如第5个比特代表是否具有高优先级）
//（注意：std::vector<bool>是个特化模板，采用压缩算法来存储bool。如每个
//比特位用0或1代表一个bool值），其operator[]返回的是std::vector<bool>::reference类型，而不是bool&。
std::vector<bool> features(const Widget& w)
{
    return { true, false, true, false, true, false, true};
}

//根据优先级处理Widget
void processWidget(const Widget& w, bool priority)
{
    //do something
}

double calcEpsilon() //返回容量差
{
    return 0;
}
int main()
{
    //实验1：std::vector<bool>及隐形代理类
    using ref_t = std::vector<bool>::reference;
    using val_t = decltype(std::vector<bool>()[0]);

    cout << std::is_same<ref_t, val_t>::value << endl; //1, 查看std::vector<bool>::reference == operator[] ?

    Widget w;

    //1.1 正确读取优先级
    bool highPriority = features(w)[5]; //std::vector<bool>::reference到bool的隐式转换
    cout << highPriority << endl;       //ok，这里打印0，表示false;
    processWidget(w, highPriority);     //根据优先级处理Widget

    //1.2 错误方式
    auto highPriority2 = features(w)[5]; //返回的是std::vector<bool>::reference，也完全不可能是std::vector<bool>对象
                                         //的第5比特了，因为highPriority2可能存在空悬指针(dangling pointer)。原因如下：
                                         //features()函数调用后，产生一个std::vector<bool>的临时对象（称之temp对象），
                                         //operator[]返回std::vector<bool>::reference对象(称之ref对象）。
                                         //假设std::vector<bool>中的有个保存这些bool压缩形式的比特数据结构，再假设
                                         //std::vector<bool>::reference中有一指针指向该结构，加上5的偏移量就我们要的优先级
                                         //由于auto推导，ref对象会被复制给highPriority2对象，但当features函数结束后，temp对象
                                         //析构，那块比特数据结构也被释放，所以highPrirotity2对象中的那指针会成为空悬指针。
    
    //processWidget(w, highPriority2);   //hightPriority2会隐式转为bool,函数调用成功。但hightPriority2中空悬指针存在，会导致
                                         //未定义行为。
    //1.3 仍使用auto推导的解决方案：
    auto highPriority3 = static_cast<bool>(features(w)[5]); // highPriority3为bool类型。
    processWidget(w, highPriority3);

    //实验2：带显式类型转换强制auto推导出所需的类型
    //double calcEpsilon();
    float ep = calcEpsilon(); //从double到float的隐式转换。缺点，隐式转换，可以并非所需。
    auto ep2 = static_cast<float>(calcEpsilon()); //显示转换
    cout << "ep = " << ep << endl;
    cout << "ep2 = " << ep2 << endl;

    vector<int> vec = { 1,2,3,4,5,6 };
    double d = 0.5f; //用0.0至1.0之间的值来表示和容器起始处有多远，0.5表示中间位置。

    int index = d * vec.size(); //隐式转换，意图不明显。
    auto index2 = static_cast<int>(d * vec.size()); //显示转换
    cout << "index = " << index << endl;
    cout << "index2 = " << index2 << endl;
}
/*输出结果：
1
0
ep = 0
ep2 = 0
index = 3
index2 = 3
*/