詳解C++11中的類型推斷

更新時(shí)間：2023年01月31日 09:58:44 作者：Shawn-Summer

C++11中為了更好的支持泛型編程，提供了?auto和decltype兩個(gè)關(guān)鍵詞,目的就是提供編譯階段的自動(dòng)類型推導(dǎo)，這篇文章主要介紹了C++11中的類型推斷,需要的朋友可以參考下

C++11中的類型推斷

C++11中為了更好的支持泛型編程，提供了 auto和decltype兩個(gè)關(guān)鍵詞,目的就是提供編譯階段的自動(dòng)類型推導(dǎo)。

1.auto關(guān)鍵詞的新意義

在C++98中,auto是一個(gè)類型修飾符,用以顯式聲明自動(dòng)變量(局部變量的),而在C++11中,這一用法已經(jīng)棄用,現(xiàn)在auto用于聲明變量。

1.1 auto聲明變量

我們通過幾個(gè)例子看一下,auto聲明變量時(shí)的規(guī)則。

    int x;
    int *y;
    double foo();
    int& bar();
    auto *a=&x;//int *
    auto &b=x;//int &
    auto c=y;//int *
    auto *d=y;//int *
    auto e=bar();// int 
    auto &f=bar();//int &

1.如果使得auto聲明的變量是引用類型,必須使用auto &.
2.如果變量本身是指針類型,則auto *和auto是一樣的,這里*變成冗余符號(hào)

    double foo();
    float * bar();
    const auto a=foo();//const double 
    const auto & b=foo();//const double &
    volatile auto  * const c=bar();//volatile float * const

    auto d=a;//double
    auto &e=a;//const double &
    auto f=c;//volatile float *
    volatile auto &g=c;//volatile float * &

3.聲明為auto的變量不能從其初始化表達(dá)式中帶走頂層cv限定符.

auto i=1,j=1.12f;//編譯錯(cuò)誤

4.auto可以聲明多個(gè)變量,不過這些變量必須類型相同

1.2 auto無法推導(dǎo)的情況

#include<vector>
using namespace std;
void fun(auto x=1){}//錯(cuò)誤
struct str
{
    auto var=10;//錯(cuò)誤
};
int main()
{
    char x[3];
    auto y=x;
    auto z[3]=x;//錯(cuò)誤
    vector<auto>V={1,2,3};//錯(cuò)誤
}

auto不能作為函數(shù)形參(這是模板函數(shù)的事情)類中,auto不能用來聲明非靜態(tài)成員auto不能聲明數(shù)組auto不能用于模板實(shí)參

2.decltype類型推導(dǎo)

decltype和auto都是用來類型推導(dǎo)的,不過 decltype的功能更加強(qiáng)大 ,下面就是decltype的簡(jiǎn)單用法

2.1 decltype的應(yīng)用場(chǎng)景

一種情況是,decltype和auto一樣來聲明變量:

#include<typeinfo>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int i;
    decltype(i) j=0;
    cout<<typeid(j).name()<<endl;//i

    float a;
    double b;
    decltype(a+b) c;
    cout<<typeid(c).name()<<endl;//d
}

另一種情況是:typedef或using配合使用decltype

using  size_t=decltype(sizeof(0));
using  ptrdiff_t=decltype((int*)0-(int*)0);
using  nullptr_t=decltype(nullptr);

順便一提,在C++11中,using已經(jīng)完美替代typedef:

#include<iostream>
#include<type_traits>
#include<string>
#include<map>
using namespace std;

typedef unsigned int UINT;
using uint=unsigned int;

template<typename T>
using Mapstring=map<T,char*>;
Mapstring<int> number_string;

int main()
{
    cout<<is_same<uint,UINT>::value<<endl;//1
    cout<<is_same<map<int,char*>,decltype(number_string)>::value<<endl;//1
}

typedef能干的事情,using都能干,但是using能干的,比如給模板取一個(gè)別名,typedef做不到

decltype的另一種功能就是給匿名的結(jié)構(gòu)體或者枚舉推導(dǎo)類型來重用,

enum class {K1,K2,K3} anon_e;
decltype(anon_e) as;

2.2 decltype比auto更加精確

首先decltype和auto最明顯的不同就是,decltype(e)它和sizeof()差不多,可以接收一個(gè)參數(shù),不過這里我講的不同是,同一個(gè)變量,使用decltype和auto得到的結(jié)果不同。
說直接點(diǎn),decltype的類型推斷比auto準(zhǔn)確

const int ic=0;
decltype(ic) a;//const int
auto b=ic;//int

volatile int iv;
decltype(iv) c;//volatile int
auto d=iv;//int

struct S
{
    int i;
};
const S cs={0};
decltype(cs.i) e;//int

auto它不能帶走變量的頂層cv限定符,而decltype(e)卻可以帶走e的cv限定符,所以說,decltype的類型推斷更加準(zhǔn)確。還要一點(diǎn)細(xì)節(jié),就是說類本身是用cv限定符修飾的,而類成員使用decltype時(shí)確推斷不出來。

我們知道,auto只能帶走指針類型,卻無法帶走引用類型,而decltype就可以同時(shí)帶走引用和指針

#include<iostream>
#include<type_traits>
using namespace std;
int main()
{
    int i=1;
    decltype(i) & var1=i;// int &
    cout<<is_lvalue_reference<decltype(var1)>::value<<endl;//1

    int &j=i;
    decltype(j) var2=i;
    decltype(j)& var3=i;
    cout<<is_same<decltype(j),decltype(j)&>::value<<endl;//1,`&`的冗余

    int* p=&i;
    decltype(p) var4=&i;//int *
    decltype(p)* var5=&p;//int **

    const int k=1;
    const decltype(k) var6=1;//const int `const`冗余
}

上面這段代碼,信息量很大
首先,decltype(e)可以帶走e的引用和指針類型
其次,decltype(e)會(huì)對(duì)&和cv限定符產(chǎn)生冗余,而不會(huì)對(duì)*產(chǎn)生冗余
最后,如果不確定decltype(e)的類型,可以使用<type_traits>頭文件中的一些方法

總之,就是一句話:decltype(e)能直接返回e的準(zhǔn)確類型
但是,如果decltype更加優(yōu)越,那么為什么還要auto呢?

一種說法是auto用法更加簡(jiǎn)單,更重要的原因是,auto和lambda函數(shù)的配合使得,C++11相對(duì)于C++98,變得脫胎換骨,我個(gè)人認(rèn)為C++11最重要的就是lambda函數(shù)。

2.3 decltype對(duì)于表達(dá)式的推斷

我們知道在decltype(e)中,e被要求是一個(gè)表達(dá)式,即expression,而在上面我們所講的e通常是一個(gè)名稱,即id_expression,如果e是一個(gè)非名稱的表達(dá)式,那么推斷結(jié)果也會(huì)不同

int i;
decltype(i) a;//int
decltype((i)) b;//int &

在上面例子中,i就是一個(gè)id_expression,而(i)它不是id_expression,而是一個(gè)左值表達(dá)式,所以上述推導(dǎo)結(jié)果會(huì)不同。

我們直接來看decltype(e)的推導(dǎo)細(xì)則

如果e是id_expression或者類成員表達(dá)式,decltype(e)的結(jié)果就是e本身的類型
否則,如果e是左值表達(dá)式,設(shè)它的類型是T,那么decltype(e)的結(jié)果就是T&
否則,如果e是將亡值,設(shè)它的類型是T,那么decltype(e)的結(jié)果就是T&&
否則,如果e是純右值,設(shè)它的類型是T,那么decltype(e)的結(jié)果就是T

int i=4;
int arr[5]={0};
int *ptr=arr;
struct S
{
    double d;
}s;
void foo(int);
void foo(double);
int && Rref();//函數(shù)返回值是將亡值
const bool Func(int);

decltype(arr) var1;//int[5]
decltype(ptr) var2;//int *
decltype(s.d) var3;//double
decltype(foo) var4;//無法通過編譯,foo被重載

decltype(Rref()) var5;//int && 

decltype(true? i:i) var6;//int&
decltype((i)) var7;//int &
decltype(++i) var8;//int &
decltype(arr[3]) var9;// int &
decltype(*ptr) var10;//int &
decltype("abc") var11;//const char(&) [4]

decltype(1) var12;//int
decltype(i++) var13;//int
decltype(Func(1)) var14=true;//const bool

3.追蹤返回類型

auto和decltype可以進(jìn)行配合使用,來實(shí)現(xiàn)泛型編程中的追蹤返回類型

template<class T1,class T2>
decltype(t1+t2) sum(T1& t1,T2& t2)
{
    return (t1+t2);
}

上面這段代碼,想法狠簡(jiǎn)單,但是它都無法通過C++11和C++98中的編譯器,因?yàn)榫幾g器是從左往右讀的,讀到decltype(t1+t2)時(shí),t1和t2沒有聲明,所以無法通過編譯,我們可以通過返回類型后置的方法實(shí)現(xiàn)上述功能

template<typename T1,typename T2>
auto sum(T1& t1,T2& t2)->decltype(t1+t2)
{
    return (t1+t2);
}

上面就是追蹤返回類型,最終sum函數(shù)的返回類型由decltype(t1+t2)確定,而不是auto確定,如果我們把->decltype(t1+t2)去掉,那么最終返回類型就由auto指定,我們其實(shí)很不希望這樣,因?yàn)?code>auto并不精確,decltype更加精確。

追蹤返回類型其實(shí)就是返回類型后置,它的還有一種用法就是,提高函數(shù)指針的可讀性:

#include<type_traits>
#include<iostream>
using namespace std;
int (*(*pf())())(){
    return nullptr;
}

auto pf1() ->auto (*)() -> int (*)()
{
    return nullptr;
}
int main()
{
    cout<<is_same<decltype(pf),decltype(pf1)>::value<<endl;//1
}