C++能不能讓編譯器自動推導變量類型嗎

隨著計算機性能的持續(xù)提升，編程語言似乎迎來了一次大爆發(fā)，各種編程語言不斷出現(xiàn)，樂意折騰的人總能找到一門適合自己胃口的編程語言。

總能找到一門適合自己胃口的編程語言

程序員的口味大體可以分為兩種：一是追求極致程序效率，一是追求極致開發(fā)效率。拋開稍顯晦澀的匯編語言不談，前者以C語言程序員為代表，C語言語法簡單，可控性強，更貼近機器，適合開發(fā)超高效率的程序。后者則以各種偏腳本化的語言程序員為代表，這類編程語言更貼近人類，因此開發(fā)效率很高。

Python程序中變量的類型

下面是一段 Python 代碼，可以看出，Python 程序員在定義變量時，甚至無需關(guān)心變量的類型，只需寫出核心邏輯即可：

#!/usr/bin/python # -*- coding: UTF-8 -*- counter = 100 # 賦值整型變量 miles = 1000.0 # 浮點型 name = "John" # 字符串

不過，程序中變量的數(shù)據(jù)類型本質(zhì)上是用于告訴計算機其占用內(nèi)存的大小，以及該如何解釋這段數(shù)據(jù)的。所以，即使是 Python 程序，在運行時也需要確定變量的類型，否則計算機就不知道如何存儲和解釋程序中的變量。當然了，由于上面這段代碼沒有顯式的指定變量類型，所以確定數(shù)據(jù)類型的工作只能交給編譯器（或者說解釋器）了。

Python使用變量非常簡單

C++程序中變量的類型

不要小看 Python 的這個特性，這可以省去相當多的“鍵盤敲擊次數(shù)”。作為實例，可以參考下面這段C++程序片段：

... std::list cars_list; ... std::list::iterator it; for (it=cars_list.begin(); it!=cars_list.end(); it++) { ... }

這個“定義”過程需要敲擊相當多的字符

為了遍歷 list 中的元素，上述C++代碼定義了迭代器it，可以看出，這個“定義”過程需要敲擊相當多的字符：“std::list::iterator ”。若是C++也允許像Python那樣，無需顯式的指定變量類型，而是把變量類型的確認工作交給編譯器，代碼就簡潔許多了：

... std::list cars_list; ... for (it=cars_list.begin(); it!=cars_list.end(); it++) { ... }

代碼簡潔許多

這樣的C++代碼并不影響閱讀，熟悉 list 的程序員一眼就能看出it是一個迭代器。

可能有讀者覺得將“確認變量類型”的工作交給編譯器會降低編譯效率，但是其實仔細想一下，應(yīng)該并非如此，請看下面這段C++代碼：

int a = 0; int *p = &a; a = p;

編譯器在處理第三行代碼時，大都會報錯，給出類似于下面這樣的信息：

error: invalid conversion from ‘int*’ to ‘int’ [-fpermissive]

這說明C++編譯器在處理變量賦值時，也需要確定右值的類型，因此從理論上來看，自動推導類型并不會帶來多少額外的工作。

C++中的auto關(guān)鍵字

事實上，C++11標準的確增加了“變量類型自動推導”的功能，只不過不像 Python，C++的這一功能需要借助auto關(guān)鍵字。

其實早在C++98標準中，就已經(jīng)存在auto關(guān)鍵字了，只不過那時的auto關(guān)鍵字僅用于聲明變量擁有自動的生命周期，可是不使用 auto 關(guān)鍵字定義的變量仍然具有自動的生命周期，所以那時的 auto 關(guān)鍵字屬于多余的特性。

C++11標準丟棄了auto關(guān)鍵字之前的特性，取而代之的，將此關(guān)鍵字用于定義“可自動推導類型”的變量。下面是一段C++代碼示例，請看：

int a = 8; auto b = a; // 自動推導 b 的類型為 int cout << typeid(b).name() << endl;

自動推導類型的C++代碼示例

編譯這段C++代碼時應(yīng)注意指定C++11標準：

# g++ t.cpp -std=c++11 # ./a.out i

可見，程序輸出了i，表示變量 b 為 int 類型，這說明auto關(guān)鍵字的確根據(jù) b 的右值（int型的a）確定了 b 的類型為 int。

現(xiàn)在有了auto關(guān)鍵字，前面那個遍歷 list 的C++代碼片段就可以改寫了，請看：

for (std::list::iterator it=cars_list.begin(); it!=cars_list.end(); it++){ ... } // 現(xiàn)在可以改寫為 for (auto it=cars_list.begin(); it!=cars_list.end(); it++){ ... }

顯然簡潔了許多

顯然簡潔了許多，C++程序員也可以少敲很多次鍵盤，手指健康得到了一定程度的保護。

C++的 auto 關(guān)鍵字用于模板

上面只是C++中 auto 關(guān)鍵字的其中一種用法，事實上，auto 關(guān)鍵字不僅僅能夠讓程序員少敲代碼，也能帶來一些功能上的便利。例如，在定義模板函數(shù)時，用于聲明依賴模板參數(shù)的變量類型，下面是一段C++代碼示例：

template void add(_Tx x, _Ty y) { auto v = x+y; std::cout << v; }

請注意變量 v 的定義，如果這里不使用 auto 關(guān)鍵字就棘手多了，因為我們根本無法事先確定變量 x 和 y 的類型，不到編譯的時候，誰能知道 x+y 的結(jié)果究竟是什么類型呢？

誰能知道 x+y 的結(jié)果究竟是什么類型呢？

讀者應(yīng)該注意到上面的 add() 函數(shù)其實并不好用，因為它沒有將結(jié)果返回給調(diào)用者。于是可以做如下修改，請看相關(guān)C++代碼：

template auto add(_Tx x, _Ty y) { return x+y; }

可見，auto 關(guān)鍵字也可用于自動推導模板函數(shù)的返回值類型，否則 add() 函數(shù)的返回值類型也是相當難確定的。不過，在編譯這段C++代碼時，發(fā)現(xiàn)如下警告信息：

warning: ‘a(chǎn)dd’ function uses ‘a(chǎn)uto’ type specifier without trailing return type [enabled by default] auto add(_Tx x, _Ty y)

要避免出現(xiàn)這樣的警告信息，可以使用C++11標準引入的新關(guān)鍵字decltype，相關(guān)的C++代碼如下，請看：

template auto add(_Tx x, _Ty y)->decltype(x+y) { return x+y; }

auto用于定義模板函數(shù)

auto 在這里的作用也稱為返回值占位，它只是為函數(shù)返回值占了一個位置，真正的返回值是后面的decltype(x+y)。現(xiàn)在編譯這段C++代碼，可以得到如下輸出，請看：

# g++ t.cpp -std=c++11 # ./a.out 9.14 7 145

注意事項

auto 關(guān)鍵字的“自動推導類型”功能是由編譯器提供的，而編譯器也不是占卜得到變量類型的，它需要知道一些信息，因此 auto 在定義變量時必須初始化：

int i = 3; auto j = i;

只有這樣，編譯器才能根據(jù)右值的類型推導出 auto 變量的類型。也正是因為如此，auto 變量作為函數(shù)的參數(shù)是非法的：

// 非法 void foo(auto a){ ... }

若是使用 auto 關(guān)鍵字在同一行定義多個變量，這些變量必須是同一類型，否則編譯器就會報錯，例如下面這兩行C++代碼：

auto a1 = 1, a2 = 2;//正確 auto b1 = 10, b2 = 'a';//錯誤,沒有推導為同一類型

如果 auto 變量初始化時的右值為引用，則去除引用。請看下面這段C++代碼：

int a = 1; int &b = a; auto c = b; // 此時 c 的類型為 int c = 100; // a 依然為 1

如果希望自動推導為引用類型，則需要配合&運算符：

auto &d = b; d = 100; // 此時 a 為 100

類似的，如果初始化表達式帶有 const 或者 volatile 修飾符，僅有 auto 定義的變量去除 const 和 volatile 修飾符。

最后要說明的是，C++中的 auto 關(guān)鍵字并不是真正的類型，它僅用于告訴編譯器“應(yīng)該自動推導變量的類型”，所以像 sizeof() 以及 typeid() 這樣操作數(shù)據(jù)類型的操作符是不能用于 auto 的，下面這兩行C++代碼是非法的：

size = sizeof(auto); // 非法 cout << typeid(auto).name() << endl; // 非法

小結(jié)

本節(jié)主要討論了C++11標準中的 auto 關(guān)鍵字，可見，它不僅能夠讓程序員少敲鍵盤，提升了C++程序開發(fā)效率，還額外提供了一些功能上的便利。文章在最后還討論了使用 auto 關(guān)鍵字的注意事項，希望對讀者有所幫助。

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