C++11： auto 关键字

news2024/11/15 1:34:31

前言

在 C++11 以前，auto 关键字的语义继承自 C 语言，表示进入块后，自动分配内存，即分配堆栈内存。也就是说 auto 只能用于函数内，然而函数内部的声明变量默认使用的就是这种分配，因此在 C++11 以前，auto 关键字几乎没什么用处。
而在 C++11 以后，auto 关键字被赋予了新的语义：自动类型推导。

auto 与 decltype 作用类似，但有一定的区别

1. 推导规则

语法：auto 变量名 = 变量值

auto 只是类型的 “占位符”，不是一个实际类型，它需要被编译器推导出来，因此：auto 声明的变量必须初始化，在编译时 auto 被真正的类型给替换掉。

推导规则满足：
当表达式右部的类型为

一般类型 (非指针、非引用)：auto 就是对应的类型，但顶层 const 被忽略

如果你对顶层与底层 const 不了解的，可见文章：【C++ const 详解】的第 4 部分。

int 	  a  = 0;
const int ca = a;
----------------------------------------
auto x = 0;		// auto: int
auto x = 1.0;	// auto: double
auto x = 'a';	// auto: char
auto x = a;		// auto: int
auto x = ca;	// auto: int (顶层 const 被忽略)

指针类型：顶层 const 忽略，底层 const 不忽略，保留指针类型

int  a = 0;
int* p = 0;

const int* cp = &a;
int* const pc = &a; 
---------------------------------------
auto x = p;		// auto: int*
auto x = cp;	// auto: const int*	(底层 const 不忽略)
auto x = pc;	// auto: int* (顶层 const 忽略)

引用类型：引用被忽略，const 不保留

int   a  = 0;
int&  lr = a;
int&& rr = 0;

const int&  clr = a;
const int&& crr = 0; 
-----------------------------------
auto x = lr;	// auto: int (引用被忽略)
auto x = rr;	// auto: int
auto x = clr;	// auto: int (引用被忽略，const 不保留)
auto x = crr;	// auto: int

volatile 关键字也满足上述规则中的 const 的规则

既然对于引用类型：引用与 const 都被忽略，如果我们需要保留，那就需要手动指定。但是注意：auto 的推导仍然满足上面的推导过程。

【例】const auto& x = a; (int&& a = 0;)
【解】auto: int；故在编译时 auto 被替换为 int (auto 只是占位符)，那么上述语句相当于：const int& x = a，因此 x 的类型为 const int&。

在这里插入图片描述

【注】 引用是右值引用时，需要注意 引用折叠 问题，详情可见文章：【右值引用】中的 4.1 部分。

也就是说，auto 在编译时先被编译器通过表达式右部的类型推导出来，并替换掉，而后 auto 修饰的变量的最终类型为手动指定的类型 + auto 的实际类型。

但是 auto 并非时万能的，其中一个重要原因是：auto 是编译时推导。

2. 不能使用 auto 的场景

不能指定为函数参数的类型。

可以这么理解：auto 是再编译时推导的，但是函数形参需要在函数被调用时，也就是运行时，才能被确定
```
void fun(auto x);	// 错误
```

对于类的成员，只能用于指定 非静态 const 成员 的类型。

class A
{
	auto a = 0;	// 错误
	static auto b = 0;	// 错误
	static const auto c = 0;	// 正确 
};

无法定义数组

int arr[] = { 0, 1, 2 };
auto x   = arr;		// auto: int*
auto x[] = arr;		// 错误
auto x[] = { 0, 1, 2 };		// 错误

无法利用 auto 推导模板类型

template <typename T>
class Test { };

Test<int>  t;
Test<auto> tt = t;	// 错误：无法推导 auto 的类型

那么什么时候比较合适使用 auto 呢？

3. 常见的使用场景

STL 容器的遍历

不使用 auto 遍历，那么迭代器的类型会比较长：

vector<int, vector<int>> t;
vector<int, vector<int>>::iterator it = t.begin();
for (; it != t.end(); it++) {}

使用 auto 可以大大降低代码长度

vector<int, vector<int>> t;
for (auto it = t.begin(); it != t.end(); it++) {}

模板中指定不确定函数的返回值类型
在模板编程中，有时会出现着这种情况，在不同类中，统一函数，但是返回值不同（这种设计有点不合常理，但是可能存在）

class A 
{	
	int fun();
};

class B
{	
	string fun();
};
// 两个 fun 返回值类型不同
// 模板函数 f 中可能会调用 A、B 中的 fun 函数 
template <typename T>
void f(T t)
{
	// int x = t.fun();
	// 还是 string x = t.fun();
	// 如果指定为 int ;，那么当传入的 T = B 时，会报错：因为 B::fun() 返回值是 string
	// 那么可以如下指定：
	auto x = t.fun();
	// ... ...
}