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条款二:理解auto类型推导

Item 2: Understand auto type deduction

如果你已经读过Item1的模板类型推导,那么你几乎已经知道了auto类型推导的大部分内容,至于为什么不是全部是因为这里有一个auto不同于模板类型推导的例外。但这怎么可能?模板类型推导包括模板,函数,形参,但auto不处理这些东西啊。

你是对的,但没关系。auto类型推导和模板类型推导有一个直接的映射关系。它们之间可以通过一个非常规范非常系统化的转换流程来转换彼此。

Item1中,模板类型推导使用下面这个函数模板

template<typename T>
void f(ParmaType param);

和这个调用来解释:

f(expr);                        //使用一些表达式调用f

f的调用中,编译器使用expr推导TParamType的类型。

当一个变量使用auto进行声明时,auto扮演了模板中T的角色,变量的类型说明符扮演了ParamType的角色。废话少说,这里便是更直观的代码描述,考虑这个例子:

auto x = 27;

这里x的类型说明符是auto自己,另一方面,在这个声明中:

const auto cx = x;

类型说明符是const auto。另一个:

const auto& rx = x;

类型说明符是const auto&。在这里例子中要推导xcxrx的类型,编译器的行为看起来就像是认为这里每个声明都有一个模板,然后使用合适的初始化表达式进行调用:

template<typename T>            //概念化的模板用来推导x的类型
void func_for_x(T param);

func_for_x(27);                 //概念化调用:
                                //param的推导类型是x的类型

template<typename T>            //概念化的模板用来推导cx的类型
void func_for_cx(const T param);

func_for_cx(x);                 //概念化调用:
                                //param的推导类型是cx的类型

template<typename T>            //概念化的模板用来推导rx的类型
void func_for_rx(const T & param);

func_for_rx(x);                 //概念化调用:
                                //param的推导类型是rx的类型

正如我说的,auto类型推导除了一个例外(我们很快就会讨论),其他情况都和模板类型推导一样。

Item1基于ParamType——在函数模板中param的类型说明符——的不同特征,把模板类型推导分成三个部分来讨论。在使用auto作为类型说明符的变量声明中,类型说明符代替了ParamType,因此Item1描述的三个情景稍作修改就能适用于auto:

  • 情景一:类型说明符是一个指针或引用但不是通用引用
  • 情景二:类型说明符一个通用引用
  • 情景三:类型说明符既不是指针也不是引用

我们早已看过情景一和情景三的例子:

auto x = 27;                    //情景三(x既不是指针也不是引用)
const auto cx = x;              //情景三(cx也一样)
const auto & rx=cx;             //情景一(rx是非通用引用)

情景二像你期待的一样运作:

auto&& uref1 = x;               //x是int左值,
                                //所以uref1类型为int&
auto&& uref2 = cx;              //cx是const int左值,
                                //所以uref2类型为const int&
auto&& uref3 = 27;              //27是int右值,
                                //所以uref3类型为int&&

Item1讨论并总结了对于non-reference类型说明符,数组和函数名如何退化为指针。那些内容也同样适用于auto类型推导:

const char name[] =             //name的类型是const char[13]
 "R. N. Briggs";

auto arr1 = name;               //arr1的类型是const char*
auto& arr2 = name;              //arr2的类型是const char (&)[13]

void someFunc(int, double);     //someFunc是一个函数,
                                //类型为void(int, double)

auto func1 = someFunc;          //func1的类型是void (*)(int, double)
auto& func2 = someFunc;         //func2的类型是void (&)(int, double)

就像你看到的那样,auto类型推导和模板类型推导几乎一样的工作,它们就像一个硬币的两面。

讨论完相同点接下来就是不同点,前面我们已经说到auto类型推导和模板类型推导有一个例外使得它们的工作方式不同,接下来我们要讨论的就是那个例外。 我们从一个简单的例子开始,如果你想声明一个带有初始值27的int,C++98提供两种语法选择:

int x1 = 27;
int x2(27);

C++11由于也添加了用于支持统一初始化(uniform initialization)的语法:

int x3 = { 27 };
int x4{ 27 };

总之,这四种不同的语法只会产生一个相同的结果:变量类型为int值为27

但是Item5解释了使用auto说明符代替指定类型说明符的好处,所以我们应该很乐意把上面声明中的int替换为auto,我们会得到这样的代码:

auto x1 = 27;
auto x2(27);
auto x3 = { 27 };
auto x4{ 27 };

这些声明都能通过编译,但是他们不像替换之前那样有相同的意义。前面两个语句确实声明了一个类型为int值为27的变量,但是后面两个声明了一个存储一个元素27的 std::initializer_list<int>类型的变量。

auto x1 = 27;                   //类型是int,值是27
auto x2(27);                    //同上
auto x3 = { 27 };               //类型是std::initializer_list<int>,
                                //值是{ 27 }
auto x4{ 27 };                  //同上

这就造成了auto类型推导不同于模板类型推导的特殊情况。当用auto声明的变量使用花括号进行初始化,auto类型推导推出的类型则为std::initializer_list。如果这样的一个类型不能被成功推导(比如花括号里面包含的是不同类型的变量),编译器会拒绝这样的代码:

auto x5 = { 1, 2, 3.0 };        //错误!无法推导std::initializer_list<T>中的T

就像注释说的那样,在这种情况下类型推导将会失败,但是对我们来说认识到这里确实发生了两种类型推导是很重要的。一种是由于auto的使用:x5的类型不得不被推导。因为x5使用花括号的方式进行初始化,x5必须被推导为std::initializer_list。但是std::initializer_list是一个模板。std::initializer_list<T>会被某种类型T实例化,所以这意味着T也会被推导。 推导落入了这里发生的第二种类型推导——模板类型推导的范围。在这个例子中推导之所以失败,是因为在花括号中的值并不是同一种类型。

对于花括号的处理是auto类型推导和模板类型推导唯一不同的地方。当使用auto声明的变量使用花括号的语法进行初始化的时候,会推导出std::initializer_list<T>的实例化,但是对于模板类型推导这样就行不通:

auto x = { 11, 23, 9 };         //x的类型是std::initializer_list<int>

template<typename T>            //带有与x的声明等价的
void f(T param);                //形参声明的模板

f({ 11, 23, 9 });               //错误!不能推导出T

然而如果在模板中指定Tstd::initializer_list<T>而留下未知T,模板类型推导就能正常工作:

template<typename T>
void f(std::initializer_list<T> initList);

f({ 11, 23, 9 });               //T被推导为int,initList的类型为
                                //std::initializer_list<int>

因此auto类型推导和模板类型推导的真正区别在于,auto类型推导假定花括号表示std::initializer_list而模板类型推导不会这样(确切的说是不知道怎么办)。

你可能想知道为什么auto类型推导和模板类型推导对于花括号有不同的处理方式。我也想知道。哎,我至今没找到一个令人信服的解释。但是规则就是规则,这意味着你必须记住如果你使用auto声明一个变量,并用花括号进行初始化,auto类型推导总会得出std::initializer_list的结果。如果你使用**uniform initialization(花括号的方式进行初始化)**用得很爽你就得记住这个例外以免犯错,在C++11编程中一个典型的错误就是偶然使用了std::initializer_list<T>类型的变量,这个陷阱也导致了很多C++程序员抛弃花括号初始化,只有不得不使用的时候再做考虑。(在Item7讨论了必须使用时该怎么做)

对于C++11故事已经说完了。但是对于C++14故事还在继续,C++14允许auto用于函数返回值并会被推导(参见Item3),而且C++14的lambda函数也允许在形参声明中使用auto。但是在这些情况下auto实际上使用模板类型推导的那一套规则在工作,而不是auto类型推导,所以说下面这样的代码不会通过编译:

auto createInitList()
{
    return { 1, 2, 3 };         //错误!不能推导{ 1, 2, 3 }的类型
}

同样在C++14的lambda函数中这样使用auto也不能通过编译:

std::vector<int> v;
…
auto resetV = 
    [&v](const auto& newValue){ v = newValue; };        //C++14resetV({ 1, 2, 3 });            //错误!不能推导{ 1, 2, 3 }的类型

请记住:

  • auto类型推导通常和模板类型推导相同,但是auto类型推导假定花括号初始化代表std::initializer_list,而模板类型推导不这样做
  • 在C++14中auto允许出现在函数返回值或者lambda函数形参中,但是它的工作机制是模板类型推导那一套方案,而不是auto类型推导