首页 > C++11 阅读:5,072

C++ auto类型推导完全攻略

C++11 之前的版本(C++98 和 C++ 03)中,定义变量或者声明变量之前都必须指明它的类型,比如 int、char 等;但是在一些比较灵活的语言中,比如 C#JavaScriptPHPPython 等,程序员在定义变量时可以不指明具体的类型,而是让编译器(或者解释器)自己去推导,这就让代码的编写更加方便。

C++11 为了顺应这种趋势也开始支持自动类型推导了!C++11 使用 auto 关键字来支持自动类型推导。

auto 类型推导的语法和规则

在之前的 C++ 版本中,auto 关键字用来指明变量的存储类型,它和 static 关键字是相对的。auto 表示变量是自动存储的,这也是编译器的默认规则,所以写不写都一样,一般我们也不写,这使得 auto 关键字的存在变得非常鸡肋。

C++11 赋予 auto 关键字新的含义,使用它来做自动类型推导。也就是说,使用了 auto 关键字以后,编译器会在编译期间自动推导出变量的类型,这样我们就不用手动指明变量的数据类型了。

auto 关键字基本的使用语法如下:

auto name = value;

name 是变量的名字,value 是变量的初始值。

注意:auto 仅仅是一个占位符,在编译器期间它会被真正的类型所替代。或者说,C++ 中的变量必须是有明确类型的,只是这个类型是由编译器自己推导出来的。

auto 类型推导的简单例子:

auto n = 10;
auto f = 12.8;
auto p = &n;
auto url = "http://c.biancheng.net/cplus/";

下面我们来解释一下:
  • 第 1 行中,10 是一个整数,默认是 int 类型,所以推导出变量 n 的类型是 int。
  • 第 2 行中,12.8 是一个小数,默认是 double 类型,所以推导出变量 f 的类型是 double。
  • 第 3 行中,&n 的结果是一个 int* 类型的指针,所以推导出变量 f 的类型是 int*。
  • 第 4 行中,由双引号""包围起来的字符串是 const char* 类型,所以推导出变量 url 的类型是 const char*,也即一个常量指针。

我们也可以连续定义多个变量:

int n = 20;
auto *p = &n, m = 99;

先看前面的第一个子表达式,&n 的类型是 int*,编译器会根据 auto *p 推导出 auto 为 int。后面的 m 变量自然也为 int 类型,所以把 99 赋值给它也是正确的。

这里我们要注意,推导的时候不能有二义性。在本例中,编译器根据第一个子表达式已经推导出 auto 为 int 类型,那么后面的 m 也只能是 int 类型,如果写作m=12.5就是错误的,因为 12.5 是double 类型,这和 int 是冲突的。

还有一个值得注意的地方是:使用 auto 类型推导的变量必须马上初始化,这个很容易理解,因为 auto 在 C++11 中只是“占位符”,并非如 int 一样的真正的类型声明。

auto 的高级用法

auto 除了可以独立使用,还可以和某些具体类型混合使用,这样 auto 表示的就是“半个”类型,而不是完整的类型。请看下面的代码:
int  x = 0;
auto *p1 = &x;   //p1 为 int *,auto 推导为 int
auto  p2 = &x;   //p2 为 int*,auto 推导为 int*
auto &r1  = x;   //r1 为 int&,auto 推导为 int
auto r2 = r1;    //r2 为  int,auto 推导为 int
下面我们来解释一下:
  • 第 2 行代码中,p1 为 int* 类型,也即 auto * 为 int *,所以 auto 被推导成了 int 类型。
  • 第 3 行代码中,auto 被推导为 int* 类型,前边的例子也已经演示过了。
  • 第 4 行代码中,r1 为 int & 类型,auto 被推导为 int 类型。
  • 第 5 行代码是需要重点说明的,r1 本来是 int& 类型,但是 auto 却被推导为 int 类型,这表明当=右边的表达式是一个引用类型时,auto 会把引用抛弃,直接推导出它的原始类型。

接下来,我们再来看一下 auto 和 const 的结合:
int  x = 0;
const  auto n = x;  //n 为 const int ,auto 被推导为 int
auto f = n;      //f 为 const int,auto 被推导为 int(const 属性被抛弃)
const auto &r1 = x;  //r1 为 const int& 类型,auto 被推导为 int
auto &r2 = r1;  //r1 为 const int& 类型,auto 被推导为 const int 类型
下面我们来解释一下:
  • 第 2 行代码中,n 为 const int,auto 被推导为 int。
  • 第 3 行代码中,n 为 const int 类型,但是 auto 却被推导为 int 类型,这说明当=右边的表达式带有 const 属性时, auto 不会使用 const 属性,而是直接推导出 non-const 类型。
  • 第 4 行代码中,auto 被推导为 int 类型,这个很容易理解,不再赘述。
  • 第 5 行代码中,r1 是 const int & 类型,auto 也被推导为 const int 类型,这说明当 const 和引用结合时,auto 的推导将保留表达式的 const 类型。

最后我们来简单总结一下 auto 与 const 结合的用法:
  • 当类型不为引用时,auto 的推导结果将不保留表达式的 const 属性;
  • 当类型为引用时,auto 的推导结果将保留表达式的 const 属性。

auto 的限制

前面介绍推导规则的时候我们说过,使用 auto 的时候必须对变量进行初始化,这是 auto 的限制之一。那么,除此以外,auto 还有哪些其它的限制呢?

1) auto 不能在函数的参数中使用。

这个应该很容易理解,我们在定义函数的时候只是对参数进行了声明,指明了参数的类型,但并没有给它赋值,只有在实际调用函数的时候才会给参数赋值;而 auto 要求必须对变量进行初始化,所以这是矛盾的。

2) auto 不能作用于类的非静态成员变量(也就是没有 static 关键字修饰的成员变量)中。

3) auto 关键字不能定义数组,比如下面的例子就是错误的:

char url[] = "http://c.biancheng.net/";
auto  str[] = url;  //arr 为数组,所以不能使用 auto


4) auto 不能作用于模板参数,请看下面的例子:
template <typename T>
class A{
    //TODO:
};

int  main(){
    A<int> C1;
    A<auto> C2 = C1;  //错误
    return 0;
}

auto 的应用

说了那么多 auto 的推导规则和一些注意事项,那么 auto 在实际开发中到底有什么应用呢?下面我们列举两个典型的应用场景。

使用 auto 定义迭代器

auto 的一个典型应用场景是用来定义 stl 的迭代器。

我们在使用 stl 容器的时候,需要使用迭代器来遍历容器里面的元素;不同容器的迭代器有不同的类型,在定义迭代器时必须指明。而迭代器的类型有时候比较复杂,书写起来很麻烦,请看下面的例子:
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
    vector< vector<int> > v;
    vector< vector<int> >::iterator i = v.begin();
    return 0;
}
可以看出来,定义迭代器 i 的时候,类型书写比较冗长,容易出错。然而有了 auto 类型推导,我们大可不必这样,只写一个 auto 即可。

修改上面的代码,使之变得更加简洁:
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
    vector< vector<int> > v;
    auto i = v.begin();  //使用 auto 代替具体的类型
    return 0;
}
auto 可以根据表达式 v.begin() 的类型(begin() 函数的返回值类型)来推导出变量 i 的类型。

auto 用于泛型编程

auto 的另一个应用就是当我们不知道变量是什么类型,或者不希望指明具体类型的时候,比如泛型编程中。我们接着看例子:
#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    static int get(void){
        return 100;
    }
};

class B{
public:
    static const char* get(void){
        return "http://c.biancheng.net/cplus/";
    }
};

template <typename T>
void func(void){
    auto val = T::get();
    cout << val << endl;
}

int main(void){
    func<A>();
    func<B>();

    return 0;
}
运行结果:

100
http://c.biancheng.net/cplus/

本例中的模板函数 func() 会调用所有类的静态函数 get(),并对它的返回值做统一处理,但是 get() 的返回值类型并不一样,而且不能自动转换。这种要求在以前的 C++ 版本中实现起来非常的麻烦,需要额外增加一个模板参数,并在调用时手动给该模板参数赋值,用以指明变量 val 的类型。

但是有了 auto 类型自动推导,编译器就根据 get() 的返回值自己推导出 val 变量的类型,就不用再增加一个模板参数了。

下面的代码演示了不使用 auto 的解决办法:
#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    static int get(void){
        return 100;
    }
};

class B{
public:
    static const char* get(void){
        return "http://c.biancheng.net/cplus/";
    }
};

template <typename T1, typename T2>  //额外增加一个模板参数 T2
void func(void){
    T2 val = T1::get();
    cout << val << endl;
}

int main(void){
    //调用时也要手动给模板参数赋值
    func<A, int>();
    func<B, const char*>();

    return 0;
}

编程帮,一个分享编程知识的公众号。跟着站长一起学习,每天都有进步。

通俗易懂,深入浅出,一篇文章只讲一个知识点。

文章不深奥,不需要钻研,在公交、在地铁、在厕所都可以阅读,随时随地涨姿势。

文章不涉及代码,不烧脑细胞,人人都可以学习。

当你决定关注「编程帮」,你已然超越了90%的程序员!

编程帮二维码
微信扫描二维码关注