类型推导：函数模板与auto

1.从函数模板谈起

函数模板的类型推导机制是在c++98时代就有的，auto的类型推导机制与其基本一致，所以先理解函数模板类型推导。

函数模板可以用如下代码框架表示：

#template<typename T>
void f(PT param);

f(expr);

PT与T的不同之处在于PT相对于T可能有一些饰词（adornments），如const 和引用&。

对于模板类型T的推导是PT和expr共同作用的结果。下面分几种情况讨论类型推导的原则：

1）PT是一般的引用或指针

原则：

• expr是一个引用（指针）类型，忽略其引用（指针）部分；
• expr其他部分去匹配PT得到T的类型。 （匹配原则就是如果PT有const则expr的const忽略，PT无const，expr有，则添加）

代码示例如下：

//PT是指针或引用类型，expr的引用或指针被忽略 
//PT是T& 
#template<typename T>
void f(T& param);
int x = 11;
const int cx = x;
const int& rx = x;
f(x);  //PT是int&， T是int 
f(cx); //PT是const int&， T是const int 
f(rx); //PT是const int&， T是const int 


//PT是const T&，expr中的const被忽略 
#template<typename T>
void f(const T& param);
int x = 11;
const int cx = x;
const int& rx = x;
f(x);  //PT是int&， T是int 
f(cx); //PT是const int&， T是int 
f(rx); //PT是const int&， T是int 

//PT是T*， 
#template<typename T>
void f(T* param);
int x = 11;
const int* px = &x;
f(&x);  //PT是int*， T是int 
f(rx); //PT是const int*， T是const int

结果总结如下表格：

2） PT是万能引用（universal reference， ie &&）                              

注：万能引用既不是左值引用也不是右值引用，而是遇左则左，遇右则右。

原则：

• 如果expr是左值引用，则PT和T均被推导为左值引用（这是所有情况中T被推导为引用的唯一情况）；
• 如果expr是右值引用，则与1）情况类似，即引用被忽略，其余部分去匹配PT。

代码示例如下：

//PT是T&&，左值推导为左值引用，右值引用忽略 
#template<typename T>
void f(T&& param);
int x = 11;
const int cx = x;
const int& rx = x;
f(x);  //x是左值， PT是int&， T是int& 
f(cx); //cx是左值， PT是const int&， T是const int& 
f(rx); //rx是左值， PT是const int&， T是const int&
f(11); //11是右值， PT是int&&， T是int 

结果总结如下表格：

3）PT既不是指针，也不是引用

当PT既不是指针，又不是引用（也就是只有T）时，用传值传参的方式考虑问题，可以想清楚推导原则。

所谓传值传参（pass by value）意味着拷贝一份新的独立的对象，但内容与原内容相同。

所以有如下原则和解释：

• expr如果是引用，则忽略引用部分；
• expr的const部分，volatile部分也被忽略。（传值传参拷贝一份新的，原来是const，不代表新拷贝的就是const）；
• expr存在指向常量的指针（ie const int*）应保留。 （指针拷贝了一份新的，但是他指向的内容仍然是原来的内容，应保证那块内容不可变）；

代码示例如下：

//PT是T 
#template<typename T>
void f(T param);
int x = 11;
const int cx = x;
const int& rx = x;
const char* ptr1 = "C++11";
const char* ptr2 const = "c++14";
f(x);  //PT是int&， T是int 
f(cx); //PT是int， T是int 
f(rx); //PT是int， T是int 
f(ptr1);//PT是const char*, T是const char* 
f(ptr2);//PT是const char*,T是const char*，指向内容保留不可更改，指针本身const被移除。

结果总结如下表格：

补充1）关于数组参数的推导

数组参数在c++中可以退化为指针进行传参，所以补充对数组参数的类型推导。

 原则：

• 当PT为传值类型（就是T）时，推导为退化的指针类型；
• 当PT为引用类型（T&），推导为带有数组大小的明确的数组类型（如const char[13]）；

代码示例如下：

//数组参数 
const char name[] = "C++11"; 
#template<typename T>
void f(T param);
f(name); //PT为 const char*,T被推导为const char*  

#template<typename T>
void f(T& param);
f(name); //PT为const char (&)[6], T被推导为const char[6]

补充2） 关于函数参数的推导

函数在c++中也可以退化为指针，所以函数参数的推导和数组基本一致。

直接看代码示例：

void someFunc(int, double); //类型void(int, double) 
#template<Typename T>
void f1(T param); 
f1(someFunc); //PT 为void(*) (int, double), T推导为 void(*) (int, double)； 
#template<Typename T>
void f2(T& param);
f2(SomeFunc); //PT为void(&)(int, double)， T推导为 void(int, double); 

总结如下表格：

至此，关于函数模板的推导过程总结完毕。

2. 函数模板到auto

auto的类型推导机制与函数模板类型推导机制几乎完全一样，除了一个小的注意点。

回顾函数模板类型推导的代码框架：

#template<typename T>
void f(PT param);

f(expr);

推导出T，需要PT与expr的共同作用。

在带有auto的表达式中，auto代表的就是T，也就是最后要推导出的结果；等号右边代表expr；而auto与其饰词一起，表示的是PT

注意此时最后更关心的是PT的类型，也就是式中待推导变量的类型。如 ：

int x = 11； 
const auto& rx = x;  //auto代表T, const auto&代表PT, x代表expr 

所以第一部分中讨论的函数模板类型推导原则完全适用于auto的类型推导。

给出代码示例如下：

auto x = 11; //类型3， auto推导为int
const auto cx = x; // 类型3, auto推导为int, cx类型为int 
const auto& rx = x; //类型1， auto推导为int, rx类型为int& 
auto&& uref1 = x; //左值，auto推导为int&, uref1类型为int& 
auto&& uref2 = cx; //左值，auto推导为const int&, uref2类型为const int& 
auto&& uref3 = 11; //右值，auto推导为int， uref3类型 int&& 
const char name[] = "C++11" ;
auto arr1 = name; // auto推导为const char*, arr1类型const char* 
auto& arr2 = name; //auto推导为const char[6]， arr2类型为const char(&)[6] 
void someFunc(int, double);
auto func1 = someFunc(); //auto推导为void(*)(int, double)， func1类型为void(*)(int, double)
auto& func2 = someFunc();//auto推导为void(int, double)，func2类型为void(&)(int, double) 

注：

1). 上述原则都是与函数模板推导一致的原则。一点不同在于函数模板没有对于{}的推导，这是auto独有的。

使用{}初始化，会被推导为std:initializer_list的相关类型。如：

auto x3 = {27}; //推导为std::initializer_list<int>; 

2). 在函数返回类型和lambda表达式参数中使用auto，使用的是模板参数类型推导，而不是auto的类型推导；

也就是在此情况下，推导{}会报错。如：

auto createList() { //error，模板参数类型推导不能处理{} 
    return {1,2,3};
} 

至此，关于auto类型推导总结完毕。

参考文献：

1. Effective Modern C++, Scott Meyers, http://shop.oreilly.com/product/0636920033707.do

2. C++ 11/14最佳实践， 高博， http://boolan.com/camp/4