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C++11使用using定义别名(替代typedef)

大家都知道,在 C++ 中可以通过 typedef 重定义一个类型:

typedef unsigned int uint_t;

被重定义的类型并不是一个新的类型,仅仅只是原有的类型取了一个新的名字。因此,下面这样将不是合法的函数重载:

void func(unsigned int);
void func(uint_t);  // error: redefinition

使用 typedef 重定义类型是很方便的,但它也有一些限制,比如,无法重定义一个模板。

想象下面这个场景:

typedef std::map<std::string, int> map_int_t;
// ...
typedef std::map<std::string, std::string> map_str_t;
// ...

我们需要的其实是一个固定以 std::string 为 key 的 map,它可以映射到 int 或另一个 std::string。然而这个简单的需求仅通过 typedef 却很难办到。

因此,在 C++98/03 中往往不得不这样写:
template <typename Val>
struct str_map
{
    typedef std::map<std::string, Val> type;
};
// ...
str_map<int>::type map1;
// ...
一个虽然简单但却略显烦琐的 str_map 外敷类是必要的。这明显让我们在复用某些泛型代码时非常难受。

现在,在 C++11 中终于出现了可以重定义一个模板的语法。请看下面的示例:
template <typename Val>
using str_map_t = std::map<std::string, Val>;
// ...
str_map_t<int> map1;
这里使用新的 using 别名语法定义了 std::map 的模板别名 str_map_t。比起前面使用外敷模板加 typedef 构建的 str_map,它完全就像是一个新的 map 类模板,因此,简洁了很多。

实际上,using 的别名语法覆盖了 typedef 的全部功能。先来看看对普通类型的重定义示例,将这两种语法对比一下:
// 重定义unsigned int
typedef unsigned int uint_t;
using uint_t = unsigned int;
// 重定义std::map
typedef std::map<std::string, int> map_int_t;
using map_int_t = std::map<std::string, int>;
可以看到,在重定义普通类型上,两种使用方法的效果是等价的,唯一不同的是定义语法。

typedef 的定义方法和变量的声明类似:像声明一个变量一样,声明一个重定义类型,之后在声明之前加上 typedef 即可。这种写法凸显了 C/C++ 中的语法一致性,但有时却会增加代码的阅读难度。比如重定义一个函数指针时:

typedef void (*func_t)(int, int);

与之相比,using 后面总是立即跟随新标识符(Identifier),之后使用类似赋值的语法,把现有的类型(type-id)赋给新类型:

using func_t = void (*)(int, int);

从上面的对比中可以发现,C++11 的 using 别名语法比 typedef 更加清晰。因为 typedef 的别名语法本质上类似一种解方程的思路。而 using 语法通过赋值来定义别名,和我们平时的思考方式一致。

下面再通过一个对比示例,看看新的 using 语法是如何定义模板别名的。
/* C++98/03 */
template <typename T>
struct func_t
{
    typedef void (*type)(T, T);
};
// 使用 func_t 模板
func_t<int>::type xx_1;
/* C++11 */
template <typename T>
using func_t = void (*)(T, T);
// 使用 func_t 模板
func_t<int> xx_2;
从示例中可以看出,通过 using 定义模板别名的语法,只是在普通类型别名语法的基础上增加 template 的参数列表。使用 using 可以轻松地创建一个新的模板别名,而不需要像 C++98/03 那样使用烦琐的外敷模板。

需要注意的是,using 语法和 typedef 一样,并不会创造新的类型。也就是说,上面示例中 C++11 的 using 写法只是 typedef 的等价物。虽然 using 重定义的 func_t 是一个模板,但 func_t<int> 定义的 xx_2 并不是一个由类模板实例化后的类,而是 void(*)(int, int) 的别名。

因此,下面这样写:

void foo(void (*func_call)(int, int));
void foo(func_t<int> func_call);  // error: redefinition

同样是无法实现重载的,func_t<int> 只是 void(*)(int, int) 类型的等价物。

细心的读者可以发现,using 重定义的 func_t 是一个模板,但它既不是类模板也不是函数模板(函数模板实例化后是一个函数),而是一种新的模板形式:模板别名(alias template)。

其实,通过 using 可以轻松定义任意类型的模板表达方式。比如下面这样:

template <typename T>
using type_t = T;
// ...
type_t<int> i;

type_t 实例化后的类型和它的模板参数类型等价。这里,type_t<int> 将等价于 int。

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