聊聊結(jié)構(gòu)化綁定

Student是一個(gè)數(shù)據(jù)類型，有兩個(gè)字段name和score。name是一個(gè)C風(fēng)格字符串，它大概是從C代碼繼承來(lái)的，我希望客戶能用上C++風(fēng)格的std::string；score屬于Transcript類型，表示學(xué)生的成績(jī)單，這個(gè)結(jié)構(gòu)比較大，我希望能傳遞const引用以避免不必要的拷貝。為此，我寫明了三要素：std::tuple_size、std::tuple_element和get。這種機(jī)制給了結(jié)構(gòu)化綁定很強(qiáng)的靈活性。

細(xì)節(jié)

#include
#include
#include

intmain()
{
std::pairpair{1,2.0};
intnumber=3;
std::tupletuple(number);
constauto&[i,f]=pair;
//i=4;//error
constauto&[ri]=tuple;
ri=5;
}

如果結(jié)構(gòu)化綁定i被聲明為const auto&，對(duì)應(yīng)的類型為int，那么它應(yīng)該是個(gè)const int&吧？i = 4;出錯(cuò)了，看起來(lái)正是如此。但是如何解釋ri = 5;是合法的呢？

這個(gè)問題需要系統(tǒng)地從頭談起。先引入一個(gè)名字e，E為其類型：

?當(dāng)expression是數(shù)組類型A，且ref-operator不存在時(shí)，E為cv A，每個(gè)元素由expression中的對(duì)應(yīng)元素拷貝（= expression）或直接初始化（{ expression }或( expression )；?否則，相當(dāng)于定義e為attr cv-auto ref-operator e initializer;。

也就是說(shuō)，方括號(hào)前面的修飾符都是作用于e的，而不是那些新聲明的變量。至于為什么第一條會(huì)獨(dú)立出來(lái)，這是因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)C++中第二條的形式不能用于數(shù)組拷貝。

然后分三種情況討論：

?數(shù)組情形，E為T的數(shù)組類型，則每個(gè)結(jié)構(gòu)化綁定都是指向e數(shù)組中元素的左值；被引類型（referenced type）為T；——結(jié)構(gòu)化綁定是左值，不是左值引用：int array[2]{ 1, 2 }; auto& [i, j] = array; static_assert(!std::is_reference_v);；?類元組情形，如果e是左值引用，則e是左值（lvalue），否則是消亡值（xvalue）；記Ti為std::tuple_element::type，則結(jié)構(gòu)化綁定vi的類型是Ti的引用；當(dāng)get返回左值引用時(shí)是左值引用，否則是右值引用；被引類型為Ti；——decltype對(duì)結(jié)構(gòu)化綁定有特殊處理，產(chǎn)生被引類型，在類元組情形下結(jié)構(gòu)化綁定的類型與被引類型是不同的；?數(shù)據(jù)成員情形，與數(shù)組類似，設(shè)數(shù)據(jù)成員mi被聲明為Ti類型，則結(jié)構(gòu)化綁定的類型是指向cv Ti的左值（同樣不是左值引用）；被引類型為cv Ti。

至此，我想“結(jié)構(gòu)化綁定”的意義已經(jīng)明確了：標(biāo)識(shí)符總是綁定一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象是另一個(gè)對(duì)象的成員（或數(shù)組元素），后者或是拷貝或是引用（引用不是對(duì)象，意會(huì)即可）。與引用類似，結(jié)構(gòu)化綁定都是既有對(duì)象的別名（這個(gè)對(duì)象可能是隱式的）；與引用不同，結(jié)構(gòu)化綁定不一定是引用類型。

（不理解的話可以參考N465911.5節(jié)，盡管你很可能會(huì)更加看不懂……）

現(xiàn)在可以解釋ri非const的現(xiàn)象了：編譯器先創(chuàng)建了變量const auto& e = tuple;，E為const std::tuple&，std::tuple_element<0, E>::type為int&，std::get<0>(e)同樣返回int&，故ri為int&類型。

在面向底層的C++編程中常用union和位域（bit field），結(jié)構(gòu)化綁定支持這樣的數(shù)據(jù)成員。如果類有union類型成員，它必須是命名的，綁定的標(biāo)識(shí)符的類型為該union類型的左值；如果有未命名的union成員，則這個(gè)類不能用于結(jié)構(gòu)化綁定。

C++中不存在位域的指針和引用，但結(jié)構(gòu)化綁定可以是指向位域的左值：

#include

structBitField
{
intf1:4;
intf2:4;
intf3:4;
};

intmain()
{
BitFieldb{1,2,3};
auto&[f1,f2,f3]=b;
f2=4;
autoprint=[&]{std::cout<

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?用std::initializer_list初始化；因?yàn)?code style="white-space:pre-wrap;line-height:1.75;font-size:13.5px;color:rgb(221,17,68);background:rgba(27,31,35,.05);padding:3px 5px;">std::initializer_list的長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)的，但結(jié)構(gòu)化綁定的標(biāo)識(shí)符數(shù)量是靜態(tài)的。?用列表初始化——auto [x,y,z] = {1, "xyzzy"s, 3.14159};；這相當(dāng)于聲明了三個(gè)變量，但結(jié)構(gòu)化綁定的意圖在于綁定而非聲明。?不聲明而直接綁定——[iter, success] = mymap.insert(value);；這相當(dāng)于用std::tie，所以請(qǐng)繼續(xù)用std::tie。另外，由[開始可能與attributes混淆，給編譯器和編譯器設(shè)計(jì)者帶來(lái)壓力。?指明結(jié)構(gòu)化綁定的修飾符——auto [& x, const y, const& z] = f();；同樣是脫離了結(jié)構(gòu)化綁定的意圖。如果需要這樣的功能，或者一個(gè)個(gè)定義變量，或者手動(dòng)寫上三要素。?指明結(jié)構(gòu)化綁定的類型——SomeClass [x, y] = f();或auto [x, std::string y] = f();；第一種可用auto [x, y] = SomeClass{ f() };代替；第二種同上一條。?顯式忽略一個(gè)結(jié)構(gòu)化綁定——auto [x, std::ignore, z] = f();；消除編譯器警告是一個(gè)理由，但是auto [x, y, z] = f(); (void)y;亦可。這還涉及一些語(yǔ)言問題，請(qǐng)移步P0144R23.8節(jié)。?標(biāo)識(shí)符嵌套——std::tuple, T4> f(); auto [ w, [x, y], z ] = f();；多寫一行吧。[同樣可能與attributes混淆。

以上語(yǔ)法都沒有納入C++20標(biāo)準(zhǔn)，不過可能在將來(lái)成為C++語(yǔ)法的擴(kuò)展。

延伸

C++17的新特性不是孤立的，與結(jié)構(gòu)化綁定相關(guān)的有：

?類模板參數(shù)推導(dǎo)（class template argument deduction，CTAD），由構(gòu)造函數(shù)參數(shù)推導(dǎo)類模板參數(shù)；?拷貝省略（copy elision），保證NRV（named return value）優(yōu)化；?constexprif，簡(jiǎn)化泛型代碼，消除部分SFINAE；?帶初始化的條件分支語(yǔ)句：語(yǔ)法糖，使代碼更加優(yōu)雅。