C++从入门到精通——auto的使用

auto

• 前言
• 一、auto类型别名思考
• 二、auto简介
• 三、auto的使用细则
• • auto与指针和引用结合起来使用
  • 在同一行定义多个变量
  • auto不能推导的场景
  • • auto不能作为函数的参数
    • auto不能直接用来声明数组
  • `lambda`表达式

前言

C++的auto关键字用于自动推导变量的类型，让编译器根据变量的初始化表达式来确定其类型。使用auto可以简化代码，并且可以在某些情况下提高代码的可读性和灵活性。

使用auto声明变量时，变量的类型将根据初始化表达式的类型进行推导。例如：

auto x = 10;    // x的类型将被推导为int
auto y = 3.14;  // y的类型将被推导为double
auto z = "hello";  // z的类型将被推导为const char*

auto也可以和引用一起使用，用于自动推导引用的类型。例如：

int num = 10;
auto& ref = num;  // ref的类型将被推导为int&

auto还可以与模板一起使用，用于自动推导模板类型。例如：

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

int main() {
    int x = 3;
    double y = 4.5;
    auto result = add(x, y);  // result的类型将被推导为double
    return 0;
}

需要注意的是，auto只能在局部变量中使用，不能用于函数的参数、返回类型和全局变量的声明。此外，在使用auto时，初始化表达式必须提供足够的信息以便推导出变量的类型，否则将导致编译错误。

一、auto类型别名思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

#include <string>
#include <map>
int main()
{
 std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
 std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。聪明的同学可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：

#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
 Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
 Map::iterator it = m.begin();
 while (it != m.end())
 {
 //....
 }
 return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

typedef char* pstring;
int main()
{
 const pstring p1;    // 编译成功还是失败？ 
 const pstring* p2;   // 编译成功还是失败？
 return 0;
}

const类型的指针必须被初始化

const pstring p1;  //等价于char* const p1 

在C++中，typedef用于创建类型别名。在这个例子中，typedef语句typedef char* pstring;将char*定义为pstring的别名。

现在来解释const pstring p1;和char* const p1;的等价性：

1. const pstring p1;中的const修饰的是pstring本身，即指针变量p1是一个常量指针，其值不可更改。它等价于pstring const p1;，这里的const表示指针本身是常量。

2. char* const p1;中的const修饰的是指针变量p1，即指向的内容是常量，不可更改。这表示p1是一个指向char类型的常量指针，指向的地址不可更改。

因此，const pstring p1;和char* const p1;是等价的，它们都定义了一个指向常量的指针，只是语法写法不同。

所以这个会出错

 const pstring* p2; //等价于char const *p1

在这个例子中，typedef语句typedef char* pstring;将char*定义为pstring的别名。

const pstring* p2;表示p2是一个指向pstring类型的常量指针。即，p2是一个指针变量，它指向的是pstring类型的常量。由于pstring是char*的别名，因此这里p2是一个指向char*类型的常量指针。

现在来看char const *p1，这是C++中另一种定义常量指针的方式。char const *p1表示p1是一个指向const char类型的指针。也就是说，p1是一个指针变量，它指向的是const char类型的常量。

注意，const关键字既可以放在类型前面，也可以放在类型后面。const pstring*和char const *是等价的，它们都表示指向常量的指针。

所以，const pstring* p2;和char const *p1;是等价的，它们都定义了一个指向常量的指针，指向的内容不可更改，即这个不会出错。

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

二、auto简介

在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有人去使用它，大家可思考下为什么？

C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

int TestAuto()
{
 return 10;
}
int main()
{
 int a = 10;
 auto b = a;
 auto c = 'a';
 auto d = TestAuto();
 
 cout << typeid(b).name() << endl;
 cout << typeid(c).name() << endl;
 cout << typeid(d).name() << endl;
 
 //auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
 return 0;
}

【注意】使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种“类型”的声明，而是一个类型声明时的“占位符”，编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

三、auto的使用细则

auto与指针和引用结合起来使用

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

int main()
{
    int x = 10;
    auto a = &x;
    auto* b = &x;
    auto& c = x;
    cout << typeid(a).name() << endl;
    cout << typeid(b).name() << endl;
    cout << typeid(c).name() << endl;
    *a = 20;
    *b = 30;
     c = 40;
    return 0;
}

在同一行定义多个变量

当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

void TestAuto()
{
    auto a = 1, b = 2; 
    auto c = 3, d = 4.0;  // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}

auto不能推导的场景

auto不能作为函数的参数

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}

auto不能直接用来声明数组

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}

• 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法
• auto在实际中最常见的优势用法就是跟下一篇文章所说的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

lambda表达式

C++中的lambda表达式是一种匿名函数的方式，它可以在需要函数作为参数的地方使用，也可以用于定义临时的函数对象。

lambda表达式的基本形式是：[捕获列表] (参数列表) mutable(可选) 异常属性 -> 返回类型 { 函数体 }

示例：

auto add = [](int a, int b) -> int {
    return a + b;
};

int result = add(3, 4); // result = 7

在上面的代码中，lambda表达式定义了一个匿名函数对象，并将其赋值给变量add。该lambda表达式接受两个整数作为参数，并返回它们的和。

lambda表达式中的捕获列表（[ ]）可以用来捕获局部变量，以供lambda表达式内部使用。例如：

int x = 5;
auto multiply = [x](int a) -> int {
    return a * x;
};

int result = multiply(3); // result = 15

在上面的代码中，lambda表达式捕获了外部变量x，并在内部函数中使用它进行乘法运算。

lambda表达式还可以使用mutable关键字来修改捕获的变量。如果不使用mutable关键字，lambda表达式默认是只读访问捕获变量的。例如：

int x = 5;
auto increment = [x]() mutable {
    x++;
};

increment(); // x = 6

在上面的代码中，lambda表达式捕获了外部变量x，并使用mutable关键字来修改它的值。