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  • auto与decltype

    auto类型说明符

    编程时常常需要把表达式的值赋给变量,这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而要做到这一点并非那么容易,有时甚至根本做不到。为了解决这个问题, C++11 新标准引入了auto类型说明符,用它就能让编译器替我们去分析表达式所属的类型。

    和原来那些只对应一种特定类型的说明符(比如 double)不同,auto让编译器通过初始值来推算变量的类型。显然,auto 定义的变量必须有初始值∶

    //由val1和val2相加的结果可以推断出item的类型
    auto item = val1 + val2; // item初始化为val1和val2相加的结果
    

    使用 auto也能在一条语句中声明多个变量。因为一条声明语句只能有一个基本数据类型,所以该语句中所有变量的初始基本数据类型都必须一样:

    auto i = 0, *p = &i;       // 正确:i是整数,p是整型指针
    auto sz = 0, pi = 3.14;    // 错误:sz和pi的类型不一样
    

    符合类型、常量和auto

    编译器推断出来的auto类型有时候和初始值的类型并不完全一样,编译器会适当地改变结果类型使其更符合初始化规则。

    首先,正如我们所熟知的,使用引用其实是使用引用的对象,特别是当引用被用作初始值时,真正参与初始化的其实是引用对象的值。此时编译器以引用对象的类型作为 auto的类型∶

    int i = 0, &r = i;
    auto a = r;
    

    其次auto一般会忽略掉顶层const,但是底层const一般会保留,比如初始值是一个指向常量的指针时:

    const int ci = i, &cr = ci;
    auto b = ci;    // b是一个整数(ci的顶层const特性被忽略掉了)
    auto c = ci;    // c是一个整数(cr时ci的别名,ci本身是一个顶层const)
    auto d = &i;    // d是一个整型指针
    auto e = &ci;   // e是一个指向整数常量的指针(对常量对象取地址是一种底层const)
    

    如果希望推断出的auto类型是一个顶层const,需要明确指出:

    const auto f = ci;  // ci的推演类型是int,f是const int
    

    还可以将引用的的类型设置为auto,此时原来的规则依然适用:

    auto &g = ci;          // g是一个整型常量的引用,绑定到ci
    auto &h = 42;          // 错误:不能为非常量引用绑定字面值
    const auto &j = 42;    // 正确:可以为常量引用绑定字面值
    

    设置一个类型为auto的引用时,初始值中的顶层常量属性仍然保留。和往常一样,如果我们给初始值绑定一个引用,则此时的常量就不是顶层常量了。

    要在一条语句中定义多个变量,切记,符号&和*只从属于某个声明符,而非基本数据类型的一部分,因此初始值必须是同一种类型∶

    auto k = ci, &l = i;
    auto &m = ci, *p = &ci;
    // 错误:i的类型是int而&ci的类型是const int
    auto &n = i, *p2 = &ci;
    

    decltype类型指示符

    有时会遇到这种情况:希望从表达式的类型推断出需要定义的变量类型,但是不想用该表达式的值初始化变量。

    为了满足这一需求,C++11引入了类型说明符decltype,它的作用是选择并返回操作数的数据类型。

    decltype(f()) sum = x;  // sum的类型就是函数f的返回类型
    

    编译器处理顶层 const和引用的方式与auto有些许不同。如果decltype使用的表达式是一个变量,则decltype返回该变量的类型(包括顶层const和引用在内)

    const int ci = 0, &cj = ci;
    decltype(ci) x = 0;          // x的类型是const int
    decltype(cj) y = x; 		 // y的类型是const int&,y绑定到变量x
    decltype(cj) z;				 // 错误:z是一个引用,必须初始化
    

    需要指出的是,引用从来都作为其所指对象的同义词出现,只有用在 decltype 处是一个例外。

    decltype和引用

    如果 decltype 使用的表达式不是一个变量,则 decltype 返回表达式结果对应的类型。有些表达式将向 decltype 返回一个引用类型。

    一般来说当这种情况发生时,意味着该表达式的结果对象能作为一条赋值语句的左值∶

    // decltype的结果可以是引用类型
    int i = 42, *p = &i, &r = i;
    decltype(r + 0) b;  // 正确:加法的结果是int,因此b是一个未经初始化的int
    decltype(*p) c;     // 错误:c是int&,必须初始化
    

    因为r是一个引用,因此 decltype(r)的结果是引用类型。

    如果想让结果类型是r所指的类型,可以把r作为表达式的一部分,如 r+0,显然这个表达式的结果将是一个具体值而非一个引用。

    另一方面,如果表达式的内容是解引用操作,则 decltype 将得到引用类型。

    正如我们所熟悉的那样,解引用指针可以得到指针所指的对象,而且还能给这个对象赋值。

    因此,decltype(*p)的结果类型就是 int&,而非 int。

    decltype和 auto的另一处重要区别是,decltype的结果类型与表达式形式密切相关。

    有一种情况需要特别注意∶对于 decltype 所用的表达式来说,如果变量名加上了一对括号,则得到的类型与不加括号时会有不同。

    如果 decltype 使用的是一个不加括号的变量,则得到的结果就是该变量的类型;

    如果给变量加上了一层或多层括号,编译器就会把它当成是一个表达式。

    变量是一种可以作为赋值语句左值的特殊表达式,所以这样的 decltype 就会得到引用类型∶

    // decltype的表达式如果是加上了括号的变量,结果将是引用
    decltype((i)) d;    // 错误:d是int&,必须初始化
    decltype(i) e;      // 正确:e是一个int
    

    decltype((variable))的结果永远是引用。

    auto和decltype的区别

    • 第一,auto类型说明符用编译器计算变量的初始值来推断其类型,而decltype虽然也让编译器分析表达式并得到它的类型,但是不实际计算表达式的值。
    • 第二,编译器推断出来的 auto类型有时候和初始值的类型并不完全一样,编译器会适当地改变结果类型使其更符合初始化规则。例如,auto一般会忽略掉顶层 const,而把底层const保留下来。与之相反,decltype会保留变量的顶层const。
    • 第三,与auto不同,decltype 的结果类型与表达式形式密切相关,如果变量名加上了一对括号,则得到的类型与不加括号时会有不同。如果 decltype 使用的是一个不加括号的变量,则得到的结果就是该变量的类型;如果给变量加上了一层或多层括号,则编译器将推断得到引用类型。
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