auto类型推导

Posted 2021-02-04 0xfffffff0

引言

auto : 类型推导. 在使用c++的时候会经常使用, 就像在考虑STL时迭代器类型, 写模板的时候使用auto能少写代码, 也能帮助我们避免一些隐患的细节.

auto初始化

1. 使用auto型别推导要求必须在定义时初始化, 毕竟需要根据对象的类型推导左值对象的型别.

auto j;     // error. 必须初始化
auto i = 0; // i 推导型别为 int
vector<int> v; 
auto vv = v.cbegin();   // vv  推导型别为 const int*

1. 但是auto型别推导会忽略引用和顶层const, 所以要对对象加上想要的修饰.

const int ci = 0;
auto i = ci;    // i 推导型别为 int, 忽略了顶层const
int &ri = i;
auto ii = ri;   //ii 推导型别为 int, 忽略了引用

1. C11之前只能通过()和=对变量初始化, C++11增加了对定义的对象初始化的方法，可以使用{}对变量初始化

c11之前的初始化方法

int i(0);   // i 初始化 0
int j = 0;  // j 初始化 0

c11后的初始化方法

auto i(0); auto j = i;  // 支持c11前
auto ii{0}; // 使用 {} 进行初始化, 但是auto推导只能接受一个参数
auto jj = { 0 };    // jj 的推导型别为 initializer_list<int>型别

上面jj的推导居然不是int型别, 而是 initializer_list<int>, 这不能怪auto推导出问题, 这主要是后者的对象初始化就是使用={}, 可以说是auto推导的是最精确的型别. 不管新添的初始化方法, 找一个习惯的就行了.

auto与for

auto最常见的就是与for联用, 特别是类型特别复杂的时候. 但是auto又有多种选择, 如 : auto, auto &等, 不同的选择其效率也不一样.

1. auto, 即 for(auto i:range) . 这使range中的每一个元素都会产生一个副本, 所以即使修改了 i 也不会实际影响到range.
2. const auto, 及for(const auto i : range). 这也会是range的每一个元素产生一个副本, 但是这个副本竟不能被修改.
3. auto &, 即for(auto &i : range). 引用, 因为i 直接引用range里面的元素, 所以并不会产生一个副本, 但是 i 的修改也会影响range里元素的值. 通常我们需要修改range是会考虑用到.
4. const auto&, 即for(const auto &&i : range). i 直接引用range里面的元素, 所以并不会产生一个副本, 并且i 也不能修改. 一般初始化的是一个左值时而且是读取range里的元素时都是用const auto&而不用auto, 因为前者不会产生副本, 效率要高. 当然一般初始化的是一个左值时效率低, 但是如果是右值还是使用const auto效率高, 因为const auto &需要把 i 存储在内存中的一个位置，间接访问会更消耗时间
5. auto&&, 即for(auto &&i : range). 如果初始化是左值, 那么 i 就是左值引用, 如果初始化是右值, 那么 i 就是右值引用,

还有const auto &, 当然具体的选择还是看具体的情况而定.

最后, 当用auto推导多维数组的时, 保证除最内层循环外, 其他的外层循环都应该是引用类型, 否则很容易出错, 即 :

int a[10][10][10];
for (const auto &i : a)
    for(const auto &j : i)
        for(const auto k : j)
            ;

最好使用auto型别推导

1. 初始化

• 在定义对象的时候可能或多或少会忘记对变量进行初始化, 但当我们使用该变量的时候就会出错, 而且问题也不好找出来, 但是使用auto定义对象就要求必须初始化有时还能减少代码量, 上面我们已经分析过了.
• 使用auto初始化在平台上还有一点好处, 比如 :

vector<int> v;
unsigned size = v.size();   // size()返回size_t型别
auto sizet = v.size();

? 在32的平台unsigned代表的是32位, size_t是32位, 在64的平台unsigned代表的也是23位, 但是size_t却是64位, 这样平台差异可能就会带来问题, 使用auto代替就没有这样的问题.

不过只有这几点可能不会让人心动, 下面我们还有auto的好处.

2. STL使用型别推导

还记得在前言中个说过调用STL最好使用auto推导型别, 如果你还记得map与pair 吗? 是这样 map<pair<key, type>>? 还是map<pair<const key, type>>? 答案是最后一种, 那么现在我们就来分析的使用auto推导还是显示型别比较好.

int main()
{
    std::map<string, std::function<type(type, type)>>func = {
        { "+", [](auto i, auto j)->auto {return i + j; } },
        { "-", [](auto i, auto j)->auto {return i - j; } },
        { "*", [](auto i, auto j)->auto {return i * j; } },
        { "/", [](auto i, auto j)->auto {return i / j; } }
    };

    for (const auto &i : func) ;

    for(const std::pair<string, std::function<type(type, type)>> &pa : func) ;

    system("pause");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

看到上面的例子毫无问题, 但是深究起来显示型别还是些不完美. 我们知道map的key不能被改变, 所以显示型别的string与map的const string不是匹配, 编译器就会将map对象都会产生一个临时对象再隐式的转为string, 等等. 是不是注意到有一点了, 为了型别匹配赋值会产生临时变量, 那岂不是每一循环都会产生一个临时变量, 但是auto型别推导就是精确匹配的, 不会产生临时变量.

可能觉得将显示型别的key改为const string就能解决这个问题了, 确实是这样, 但是如果没有注意到这一点细节, 那就会损失效率了, 使用auto可以完全不想这些问题啊.

当然使用显示型别还是型推导看实际也看个人, 不是必要.

auto与函数返回类型

auto不能被声明为返回值，auto不能作为形参，auto不能被修饰为模板参数. 那么这里auto还能怎么和函数关联起来? 能.

auto放在函数名前面告诉编译器，真正的返回值在函数声明之后. 简单说auto可以作为返回值占位符来使返回值后置.

就像这样来写.

auto Return(std::size_t N) -> std::size_t
{
    return N;
}

既然c++规定可以这样写肯定有其意义. 其实这个写法主要用于template中, 当返回值的类型是一个模板类型时使用, 而返回值类型通过decltype来推导.

这里就解释一下decltype的简单运用. , decltype也是类似与auto的关键字, 都能够进行参数类型推导, 但是decltype必须要接受一个参数, 如下:

int i = 1;
decltype(i) j = 1;

auto与模板函数连用时用模板参数作为返回值. 因为编译器并不能直接推断出返回值为类型参数的实际类型, 所以在STL中采用traits编程解决这个问题, 这里时另一种实现方法.

首先看一个错误的例子:

template<class T1, class T2, class T3>
    T3 fun(T1 t1, T2 t2) {...}

T3的类型要在函数返回的时候才能知道, 而函数这样写就必须要编译期间就要知道返回值类型. 所以编译器会报错.

以下这样写就是正确的, 但是必须保证编译器能推导出类型.

template<class T1, class T2, class T3>
    T1 fun(T1 t1, T3 t3) {...}

使用auto将返回值类型放在最后, 就是告诉编译器真正的返回值在编译后动态获取, 而auto在这里的作用也称为返回值占位

template<class T1, class T2>
    auto fun(T1 t1, T2, t2) -> decltype(*t1) {...}

以上可以将返回类型放在函数尾做尾置是C11中的要求, 但是C14已经可以将返回型别放推导在函数头. 如 :

template<class T1>
decltype(auto)fun() {...}   // 这样的写法同上式一样

虽然规定能够这样写, 有时为了兼容也还是写成尾置.

auto与new运算符

我们可以使用auto来推断出new对象的类型, 但是局限在于, 必须对new出来的对象进行单一的初始化.

auto i = new int; // 这中写法根本没有用到auto的推导哦, 因为new的类型已经确定了

auto i = new auto(1);       // 这里就是用到了auto推导
auto size = new auto;       // error, 不能推导出size的类型
auto j = new auto(1,2);     // error, 只能接收一个初始化值

在const中我们分析到顶层const会被忽略, 所以auto是无法推断出顶层const, 即 :

auto i = new const auto(1);     // 这里auto并没有推导出顶层const, 所以i的类型实际上是int
const auto j = new const auto(1);   // 只有显示的定义j的类型是const

如果想直接推导出顶层const的话, 最好还是decltype进行推导.

注意 : auto推导只能推导出int, double等, 不能推导出short类型.

总结

本节对C11的auto用法做了一个浅显的分析, 分别对使用auto的好处, 定义时注意{}对象也必须初始化, auto在与for连用的时候要根据实际参数确定选择哪种实现, 这样效率才会达到最大, 当然一般都使用const auto&和auto&&. 最后还对auto与函数返回值关联, 可以将返回型别放在函数名尾也可以, 这样的做法一般在模板中将模板参数作为返回值才考虑用, 平时也不必这样定义函数.

参考 :

<< Effective Modern C++ >>

auto, auto&, const auto&以及其它形式的auto变种在for-range loop的选择