C++11系列-改进的类型推导:auto、decltype和新的函数语法

C++11引入了一些新的实用的类型推导能力,这意味着你可以花费更少的时间去写那些编译器已经知道的东西。当然有些时候你需要帮助编译器或者你的编程伙伴。但是C++11,你可以在一些乏味的东西上花更少的时间,而多去关注逻辑本身。

auto之乐

我们先快速回顾一下auto,万一你没有读第一篇C++11文章中关于auto的部分。在C++11中,如果编译器在定义一个变量的时候可以推断出变量的类型,不用写变量的类型,你只需写auto即可。

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int x = 4;

现在可以这样写:

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auto x = 4;

这当然不是auto预期的用途!它会在模板和迭代器的配合使用中闪耀光芒:

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vector<int> vec;
auto itr = vec.iterator();

其它时候auto也会非常有用。比如,你有一些下面格式的代码:

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template <typename BuiltType, typename Builder>
void
makeAndProcessObject (const Builder& builder)
{
    BuiltType val = builder.makeObject();
    // do stuff with val
}

上面的代码,我们看到这里需要两个模板参数:一个是Builder对象的类型,另一个是Builder创建出的对象的类型。糟糕的是创建出的类型无法被推导出,所以每次你必须这样调用:

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MyObjBuilder builder;
makeAndProcessObject<MyObj>( builder );

但是auto立即将丑陋的代码一扫无余,当Builder创建对象时不用写特殊代码了,你可以让C++帮你做:

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template <typename Builder>
void
makeAndProcessObject (const Builder& builder)
{
    auto val = builder.makeObject();
    // do stuff with val
}

现在你仅需一个模板参数,而且这个参数可以在函数调用的时候轻松推导:

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MyObjBuilder builder;
makeAndProcessObject( builder );

这样更易调用了,并且没丢失可读性,却更清晰了。

decltype和新的返回值语法

现在你可能会说auto就这样吗,假如我想返回Builder创建的对象怎么办?我还是需要提供一个模板参数作为返回值的类型。好!这充分证明了标准委员有一群聪明的家伙,对这个问题他们早想好了一个完美的解决方案。这个方案由两部分组成:decltype和新的返回值语法。

新的返回值语法

让我们讲一下新的返回值语法,这个语法还能看到auto的另一个用处。在以前版本的C和C++中,返回值的类型必须写在函数的前面:

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int multiply(int x, int y);

在C++11中,你可以把返回类型放在函数声明的后面,用auto代替前面的返回类型,像这样:

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auto multiply(int x, int y) -> int;

但是为什么我要这样用?让我们看一个证明这个语法好处的例子。一个包含枚举的类:

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class Person
{
public:
    enum PersonType { ADULT, CHILD, SENIOR };
    void setPersonType (PersonType person_type);
    PersonType getPersonType ();
private:
    PersonType _person_type;
};

我们写了一个简单的类,里面有一个类型PersonType表明Person是小孩、成人和老人。不做特殊考虑,我们定义这些成员方法时会发生什么? 第一个设置方法,很简单,你可以使用枚举类型PersonType而不会有错误:

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void Person::setPersonType (PersonType person_type)
{
    _person_type = person_type;
}

而第二个方法却是一团糟。简单的代码却编译不过:

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// 编译器不知道PersonType是什么,因为PersonType会在Person类之外使用
PersonType Person::getPersonType ()
{
    return _person_type;
}

你必须要这样写,才能使返回值正常工作

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Person::PersonType Person::getPersonType ()
{
    return _person_type;
}

这可能不算大问题,不过会容易出错,尤其是牵连进模板的时候。

这就是新的返回值语法引进的原因。因为函数的返回值出现在函数的最后,而不是前面,你不需要补全类作用域。当编译器解析到返回值的时候,它已经知道返回值属于Person类,所以它也知道PersonType是什么。

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auto Person::getPersonType () -> PersonType
{
    return _person_type;
}

好,这确实不错,但它真的能帮助我们什么吗?我们还不能使用新的返回值语法去解决我们之前的问题,我们能吗?不能,让我们介绍新的概念:decltype。

decltype

decltype是auto的反面兄弟。auto让你声明了一个指定类型的变量,decltype让你从一个变量(或表达式)中得到类型。我说的是什么?

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int x = 3;
decltype(x) y = x; // 相当于 auto y = x;

可以对基本上任何类型使用decltype,包括函数的返回值。嗯,听起来像个熟悉的问题,假如我们这样写:

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decltype( builder.makeObject() )

我们将得到makeObject的返回值类型,这能让我们指定makeAndProcessObject的返回类型。我们可以整合进新的返回值语法:

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template <typename Builder>
auto
makeAndProcessObject (const Builder& builder) -> decltype( builder.makeObject() )
{
    auto val = builder.makeObject();
    // do stuff with val
    return val;
}

这仅适用于新的返回值语法,因为旧的语法下,我们在声明函数返回值的时候无法引用函数参数,而新语法,所有的参数都是可访问的。

auto:引用、指针和常量

下面要确定的一个问题是auto如何处理引用:

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int& foo();

auto bar = foo(); // int& or int?

答案是在C++11中,auto处理引用时默认是值类型,所以下面的代码bar是int。不过你可以指定&作为修饰符强制它作为引用:

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int& foo();

auto bar = foo(); // int
auto& baz = foo(); // int&

不过,假如你有一个指针auto则自动获取指针类型:

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int* foo();

auto p_bar = foo(); // int*

但是你也可以显式指定表明变量是一个指针:

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int* foo();
auto *p_baz = foo(); // int*

当处理引用时,你一样可以标记const,如果需要的话:

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int& foo();

const auto& baz = foo(); // const int&

或者指针:

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int* foo();
const int* const_foo();
const auto* p_bar = foo(); // const int*
auto p_bar = const_foo(); // const int*

所有这些都很自然,并且这遵循C++模板中类型推导的规则。

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译者:toWriting.com;翻译自:C++11 – Auto, Decltype and return values after functions – Cprogramming.com