C++11: 核心语言特性0: 类型自动推导 - auto和decltype

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auto 和 decltype 是C++11引入的强有力的类型自动推导工具. 不仅让代码变的更加简洁, 还增强了模板和泛型的表达能力

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为什么引入?

• 解决类型声明过于复杂的问题
• 模板应用中, 获取对象或表达式类型的需求
• 为lambda表达式的定义做支撑

auto和decltype有什么区别?

• auto常常用于变量定义, 推导的类型可能丢失const或引用(可显示指定进行保留auto &)
• decltype获取表达式的精确类型
• auto通常无法作为模板类型参数使用

一、基础用法和场景

声明定义

充当类型站位符, 辅助变量的定义或声明。使用auto时变量必须要初始化, decltype可以不用初始化

int b = 2;
auto b1 = b;
decltype(b) b2 = b;
decltype(b) b3; // 可以不用初始化

表达式类型推导

常常用于复杂表达式的类型推导, 确保计算精度

int a = 1;

auto b1 = a + 2;
decltype(a + 2 + 1.1) b2 = a + 2 + 1.1;

auto c1 = a + '0';
decltype(2 + 'a') c2 = 2 + 'a';

复杂类型推导

迭代器类型推导

std::vector<int> v = {1, 2, 3};

auto it = v.begin(); // 自动推导it类型
// decltype(v.begin()) it = v.begin();
for (; it != v.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

函数类型推导

对于函数或lambda表达式这种复杂类型, 常常使用auto和decltype. 一般, lambda定义用auto, 模板类型参数用decltype

int add_func(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    auto minus_func = [](int a, int b) { return a - b; };

    std::vector<std::function<decltype(add_func)>> funcVec = {
        add_func,
        minus_func
    };

    funcVec[0](1, 2);
    funcVec[1](1, 2);
    //...
}

函数返回值类型推导

语法糖用法

auto为后置返回类型函数定义写法做支持, 并可以配合decltype进行返回类型推导使用

auto main() -> int {
    return 0;
}

auto add(int a, double b) -> decltype(a + b) {
    return a + b;
}

函数模板返回值类型推导

当无法确定模板返回值时可以用auto + decltype做推导, 可以让add支持一般类型int, double,... 和 复杂类型 Point, Vec,... 增强泛型的表达能力. (c++14中可以省略decltype)

template<typename T1, typename T2>
auto add(T1 a, T2 b) -> decltype(a + b) {
    return a + b;
}

类/结构体成员类型推导

struct Object {
    const int a;
    double b;
    Object() : a(1), b(2.0) { }
};

int main() {
    const Object obj;

    auto a = obj.a;
    std::vector<decltype(obj.b)> vec;
}

二、注意事项 - 括号带来的影响

decltype(obj) 和 decltype( (obj) )的区别

• 一般decltype(obj)获取的时其声明类型
• 而decltype( (obj) ) 获取的是 (obj) 这个表达式的类型(左值表达式)

int a = 1;
decltype(a) b; // 推导结果为a的声明类型int 
decltype( (a) ) c; // 推导结果为(a)这个左值表达式的类型 int & 

decltype(obj.b) 和 decltype( (obj.b) )的区别

• decltype( (obj.b) ): 从表达式视角做类型推导, obj定义类型会影响推导结果. 例如, 如果obj被const修饰时, const会限定obj.b的访问为const
• decltype(obj.b): 由于推导的是成员声明类型, 所以不会受obj定义的影响

struct Object {
    const int a;
    double b;
    Object() : a(1), b(2.0) { }
};

int main() {
    Object obj;
    const Object obj1;

    decltype(obj.b)  // double
    decltype(obj1.b) // double

    decltype( (obj.b) ) // double & 
    decltype( (obj1.b) ) // 受obj1定义的const修饰影响, 所以是 const double &
}

右值引用变量, 在表达式中是左值

int &&b = 1;

decltype(b) // 推导结果是声明类型 int &&
decltype( (b) ) // 推导结果是 int &

三、其他

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• 教程视频列表
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https://en.cppreference.com/w/cpp/language/decltype