c++11 auto 与 decltype 详解

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一. auto简介

编程时候常常需要把表达式的值付给变量,需要在声明变量的时候清楚的知道变量是什么类型。然而做到这一点并非那么容易(特别是模板中)，有时候根本做不到。为了解决这个问题，C++11新标准就引入了auto类型说明符，用它就能让编译器替我们去分析表达式所属的类型。和原来那些只对应某种特定的类型说明符(例如 int)不同。auto 让编译器通过初始值来进行类型推演。从而获得定义变量的类型，所以说 auto 定义的变量必须有初始值。

1. //由val_1 和val_2相加的结果可以推断出item的类型
2. auto item = val_1 + val_2;//item 类型初始化为val_1 + val_2相加后的类型,值为val_1+val_2相加的值。

这里的 item 的类型是编译器在编译的过程中通过val_1和val_2的类型相加后推算出来的。假如是val_1(int) + val_2(double),那么item的类型就是double.

使用auto也能在一个语句中声明多个变量，因为一个声明雨具只能有一个基本数据类型，所以该雨具所有变量的初始基本数据类型都必须是一样的。在这里一定要区别数据类型和类型修饰符！！

1. int i = 3;
2. auto a = i,&b = i,*c = &i;//正确: a初始化为i的副本,b初始化为i的引用,c为i的指针.
3. auto sz = 0, pi = 3.14;//错误,两个变量的类型不一样。

编译器推断出来的auto类型有时候会跟初始值的类型并不完全一样,编译器会适当的改变结果类型使得其更符合初始化规则。

首先，正如我们熟知的，使用引用其实是使用引用的对象，特别当引用被用作初始值的时候，真正参与初始化的其实是引用对象的值。此时编译器以引用对象的类型作为auto的类型：

1. int i = 0 ,&r = i;//定义一个整数i,并且定义r为i的应用.
2. auto a = r; //这里的a为为一个整数,其值跟此时的i一样.

由此可以看出auto会忽略引用，其次，auto一般会忽略掉顶层const，但底层const会被保留下来，比如当初始值是一个指向常量的指针时：

1. int i = 0;
2. const int ci = i, &cr = ci;  //ci 为整数常量,cr 为整数常量引用
3. auto a = ci;     // a 为一个整数, 顶层const被忽略
4. auto b = cr;     // b 为一个整数，顶层const被忽略
5. auto c = &ci;    // c 为一个整数指针.
6. auto d = &cr;    // d 为一个指向整数常量的指针(对常量对象区地址是那么const会变成底层const)

如果你希望推断出auto类型是一个顶层的const，需要明确指出:

1. const auto f = ci;

还可以将引用的类型设为auto,此时原来的初始化规则仍然适用(用于引用声明的const都是底层const)：

1. auto &g = ci; //g是一个整数常量引用，绑定到ci。
2. auto &h = 42; // 错误：非常量引用的初始值必须为左值。
3. const auto &j = 42; //正确:常量引用可以绑定到字面值。

二. decltype简介

有的时候我们还会遇到这种情况，我们希望从表达式中推断出要定义变量的类型，但却不想用表达式的值去初始化变量。还有可能是函数的返回类型为某表达式的的值类型。在这些时候auto显得就无力了，所以C++11又引入了第二种类型说明符decltype，它的作用是选择并返回操作数的数据类型。在此过程中，编译器只是分析表达式并得到它的类型，却不进行实际的计算表达式的值。

1. decltype(f()) sum = x;// sum的类型就是函数f的返回值类型。

在这里编译器并不实际调用f函数，而是分析f函数的返回值作为sum的定义类型。

基本上decltype的作用和auto很相似，就不一一列举了。对于decltype还有一个用途就是在c++11引入的后置返回类型。

三. decltype 和 auto 区别

decltype在处理顶层const和引用的方式与auto有些许不同，如果decltype使用的表达式是一个变量，则decltype返回该变量的类型(包括顶层const和引用在内)。

1. const int ci = 42, &cj = ci;
2. decltype(ci) x = 0;   // x 类型为const int
3. auto z = ci;          // z 类型为int
4. decltype(cj) y = x;   // y 类型为const int&
5. auto h = cj;          // h 类型为int

decltype还有一些值得注意的地方，我们先来看看下面这段代码：

1. int i = 42, *p = &i, &r = i;
2. decltype(i) x1 = 0;       //因为 i 为 int ,所以 x1 为int
3. auto x2 = i;              //因为 i 为 int ,所以 x2 为int
4. decltype(r) y1 = i;       //因为 r 为 int& ,所以 y1 为int&
5. auto y2 = r;              //因为 r 为 int& ,但auto会忽略引用，所以 y2 为int
6. decltype(r + 0) z1 = 0;   //因为 r + 0 为 int ,所以 z1 为int,
7. auto z2 = r + 0;          //因为 r + 0 为 int ,所以 z2 为int,
8. decltype(*p) h1 = i;      //这里 h1 是int&， 原因后面讲
9. auto h2 = *p;             // h2 为 int.

如果表达式的内容是解引用操作，则decltype将得到引用类型。正如我们所熟悉的那样，解引用指针可以得到指针所指对象，而且还可以给这个对象赋值。因此decltype(*p)的结果类型就是int&.

decltype和auto还有一处重要的区别是，decltype的结果类型与表达形式密切相关。有一种情况需要特别注意：对于decltype 所用表达式来说，如果变量名加上一对括号，则得到的类型与不加上括号的时候可能不同。如果decltype使用的是一个不加括号的变量，那么得到的结果就是这个变量的类型。但是如果给这个变量加上一个或多层括号，那么编译器会把这个变量当作一个表达式看待，变量是一个可以作为左值的特殊表达式，所以这样的decltype就会返回引用类型：

1. int i = 42;
2. //decltype(i)   int  类型
3. //decltype((i)) int& 类型

这里再指出一个需要注意的地方就是 = 赋值运算符返回的是左值的引用。换句话意思就是说 decltype(i = b)  返回类型为 i 类型的引用。仔细看下面这段代码：

1. int main()
2. {
3. int i = 42;
4. decltype(i = 41) x = i;
5. auto y = i;
6. auto& z = i;
7. printf("i x y z 此时为： %d %d %d %d\n", i,x,y,z);
8. i--;
9. printf("i x y z 此时为： %d %d %d %d\n", i, x, y, z);
10. x--;
11. printf("i x y z 此时为： %d %d %d %d\n", i, x, y, z);
12. y--;
13. printf("i x y z 此时为： %d %d %d %d\n", i, x, y, z);
14. z--;
15. printf("i x y z 此时为： %d %d %d %d\n", i, x, y, z);
16. return 0;
17. }

运行结果为：

i x y z 此时为： 42 42 42 42
i x y z 此时为： 41 41 42 41
i x y z 此时为： 40 40 42 40
i x y z 此时为： 40 40 41 40
i x y z 此时为： 39 39 41 39

由上面的代码和运行结果可以看出来，1.decltype(i = 41)中的赋值语句并没有真正的运行。2. decltype(i = 41)返回的其实是int&，也就是说x 其实是 i 的引用。

了解了auto 和 decltype后，以后在使用的过程中一定要分清两者的区别，防止在定义的时候产生const 与非const 以及引用 与非引用 的差别！！