C++11 新特性之类型推断与类型获取

这是C++11新特性介绍的第二部分,涉及到C++11这次更新中较为重要的特性类型推断(auto)与类型获取(decltype)。
不想看toy code的读者可以直接拉到文章最后看这部分的总结。

简单的类型推断

C++11新标准中增加了auto类型说明符,可以让编译器帮我们分析表达式的类型。

double val1 = 1.1, val2 = 2.2;
auto sum = val1 + val2;
auto val3 = 0.3, *p = &val3;
//auto val4 = 0, val5 = 0.0; // wrong. different types.
//auto sum2; // wrong, auto type must be initialized.
double val6 = 1.6, &rval6 = val6;
auto aval6 = rval6;
aval6 = 6.0; // aval6 is not a reference.
 
cout<<"test simple auto:n"<<val1<<'t'<<val2<<'t'<<sum<<'t'<<val3<<'t'<<p<<'t'<<val6<<'t'<<rval6<<'t'<<aval6<<endl;< pre="">

需要注意的是:

  1. 使用auto定义的变量必须有初始值,不然无法进行类型推断
  2. 在同一条语句中使用auto定义的变量,其基础类型必须一致

const 和 auto

auto在进行类型推断时,一般会忽略顶层const(top-level const),而保留底层const(low-level const)。如果想要保留顶层const,则必须显式的在auto前添加const指示符。

所谓顶层const,指的是当前的数据类型本身是常量,如double,int或者相关的指针本身是常量;

而底层const,指的是如指针、引用等复合类型,其所指向的数据类型是常量。

const int val7 = 1, &rval7 = val7;
auto aval7 = val7; // remove top-level const
aval7 = 7;
auto aval8 = rval7; // remove top-level const
aval8 = 8;
auto aval9 = &val6; // not const
*aval9 = 9;
auto aval10 = &val7; // keep low-level const
//*aval10 = 10; // wrong. const int can't be changed.
const auto aval11 = val7; // top-level const auto
//aval11 = 11; // wrong. const int can't be changed.
auto &aval12 = val7; // keep top-level const
//aval12 = 12; // wrong. const reference
auto &aval13 = val6;
aval13 = 13.0;
//auto &aval14 = 42; // wrong. must be const auto
const auto &aval15 = 15;
//aval15 = 16; // wrong. const reference.
//auto &aval16 = aval7, *aval17 = &val7; // wrong. type not consistent
cout<<"test auto and const:n"<<val7<<'t'<<rval7<<'t'<<aval7<<'t'<<aval8<<'t'<<*aval9<<'t'<<aval10<<'t'<<aval11<<'t'<<aval12<<'t'<<aval13<<'t'<<aval15<<endl;< pre="">

当定义一个auto的引用时,顶层const被保留,如上述测试代码中的aval12所示。另外,输出的结果中,有些数值可能和预想的不太一样,可以思考一下是为什么^_^(Tips: 和引用有关)。

类型获取 decltype

decltype(expr)可以获得expr表达式对应的类型,并且不会对expr具体求值。

int d()
{
	cout<<"This function shouldn't be called."<<endl; return="" 17;="" }="" decltype(d())="" dval17="15.2;" cout<<"test="" decltype:n"<<dval17<<endl;<="" pre="">

decltype与const

decltype处理const的方式与auto不同。

  1. 如果decltype中的表达式是一个变量,那么返回该变量的类型(包括顶层const)
  2. 如果decltype中的表达式不是变量,则返回该表达式结果对应的类型。

看上去没啥区别?其实这里的规则导致了decltype(r+0) decltype((i))这种诡异的写法。还是具体看代码吧。

decltype(val7) val18 = 0;
decltype(rval7) val19 = val18;
//val19 = 10; // wrong. val19 is a reference to const int.
cout<<"test decltype and const:n"<<val18<<'t'<<val19<<endl;  ="" double="" *pval20="&val6;" decltype(*pval20)="" val21;="" wrong.="" must="" be="" initialized.="" decltype(rval6="" +="" 0)="" val22;="" decltype((val6))="" val23;="" double&,="" decltype(val6)="" val24;="" cout<<"test="" decltype="" and="" reference:n"<<val22<<'t'<<val24<<endl;<="" pre="">

上面代码中需要注意的地方有:

  1. val21处,如果decltype中的表达式是一个解引用操作,那么将得到一个引用类型,所以必须初始化。
  2. val22处,rval6是一个引用类型(double&),如果我们需要获得这个引用的基础类型(即double),那么使用rval6 + 0这样一个表达式,显然这个表达式的结果将不是引用了。
  3. val23和val24处,如果decltype中的变量加上了括号,那么就会被当作表达式处理;而变量是一种可以作为左值被赋值的特殊表达式,因此decltype对于这种带括号的变量(val23处),就会得到一个引用类型。

使用 auto 缩写类型

string name = "Yubo";
auto length = name.size();
cout<<"test auto with complex type:n"<<length<<endl;< pre="">

不用费劲写string::size_type了^o^

使用 auto 简化声明

声明指向数组的指针总是一件令人痛苦的事情:

int val25[3][4] = {
	{0, 1, 2, 3},
	{4, 5, 6, 7},
	{8, 9, 10, 11}
};
cout<<"test auto to simplify type:n";
cout<<"old way:n";
for(int (*p)[4] = val25; p != val25 + 3; p++)
{
	for(int *q = *p; q != *p + 4; q++)
	{
		cout<<*q<<'t';
	}
	cout<<'n';
}

有了auto之后,我们可以像下面这样清爽:

cout<<"new way:n";
for(auto ap = val25; ap != val25 + 3; ap++)
{
	for(auto aq = *ap; aq != *ap + 4; aq++)
	{
		cout<<*aq<<'t';
	}
	cout<<'n';
}

使用 decltype 简化函数返回类型

如果我们已经知道某个函数会返回什么对象,然而这个对象又是一个类型复杂不好写的对象,那么decltype就可以派上用场了。

int odd[] = {1, 3, 5, 7, 9};
int even[] = {0, 2, 4, 6, 8};
decltype(odd) *get_odd_or_even(int i)
{
	return (i % 2) ? &odd : &even;
}
auto val26 = get_odd_or_even(1);
cout<<"test decltype to simplify func return type:n";
for(auto p = begin(*val26); p != end(*val26); p++)
{
	cout<<p<<' '<<*p<<'t';="" }="" cout<<endl;<="" pre="">

使用auto动态分配内存

auto可以和new配合,来动态分配内存,并进行初始化。

auto val27 = new auto(val24);
auto val28 = new auto(name);
cout<<"test auto to new object with a given obj:n";
cout<<*val27<<'t'<<*val28<<'t'<<val28<<'t'<<&name<<endl; auto="" val29="new" auto(odd);="" right.="" can="" use="" to="" new="" a="" pointer="" an="" array="" for(auto="" p="*val29;" !="*val29" +="" 5;="" p++)="" {="" cout<<p<<'="" '<<*p<<'t';="" }="" cout<<endl;=""  ="" val30="new" auto[10](val24);="" wrong.="" can't="" int="" *val31="new" int[10]{0,="" 1,="" 2,="" 3,="" 4,="" 5,="" 6,="" 7,="" 8,="" 9};="" this="" is="" right="" cout<<val31<<'t'<<val31[0]<<"to"<<val31[9]<<endl;<="" pre="">

这里有几处需要留意的地方:

  1. val29处,只是new出了一个指向数组的指针,并没有复制数组的值。因此在下面循环中打印出的p值(地址)和odd数组的地址是一样的。
  2. 不可以使用auto来分配一个动态数组。这是因为使用new分配数组时,不支持圆括号的初始化方式,只支持花括号的列表初始化方式。

总结

  1. 可以使用auto说明符,让编译器帮我们推断类型。
  2. auto在进行类型推断时,一般会忽略顶层const(top-level const),而保留底层const(low-level const)。
  3. decltype(expr)可以获得expr表达式对应的类型,并且不会对expr具体求值。
  4. decltype(rval + 0)可以获得值类型(非引用),decltype(*p)获得引用类型,decltype((val))获得引用类型。
  5. 使用auto可以缩写一些复杂难写的类型。
  6. 使用auto可以简化类型声明,尤其是数组和指针混合的声明。
  7. 在知道某一函数会返回什么对象时,可以使用decltype可以简化函数返回类型。
  8. auto和new可以配合以动态分配内存,但是不能用于动态分配数组。

完整代码详见 auto_decltype.cpp

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