自动地推导变量数据类型，C++11标准中的 auto 关键字用法详解，如何使用auto定义模板...

随着计算机性能的持续提升，编程语言似乎迎来了一次大爆发，各种编程语言不断出现，乐意折腾的人总能找到一门适合自己胃口的编程语言。

程序员的口味大体可以分为两种：一是追求极致程序效率，一是追求极致开发效率。抛开稍显晦涩的汇编语言不谈，前者以C语言程序员为代表，C语言语法简单，可控性强，更贴近机器，适合开发超高效率的程序。后者则以各种偏脚本化的语言程序员为代表，这类编程语言更贴近人类，因此开发效率很高。

程序中变量的类型

Python程序中变量的类型

下面是一段 Python 代码，可以看出，Python 程序员在定义变量时，甚至无需关心变量的类型，只需写出核心逻辑即可：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
 
counter = 100 # 赋值整型变量
miles = 1000.0 # 浮点型
name = "John" # 字符串

不过，程序中变量的数据类型本质上是用于告诉计算机其占用内存的大小，以及该如何解释这段数据的。所以，即使是 Python 程序，在运行时也需要确定变量的类型，否则计算机就不知道如何存储和解释程序中的变量。当然了，由于上面这段代码没有显式的指定变量类型，所以确定数据类型的工作只能交给编译器（或者说解释器）了。

C++程序中变量的类型

不要小看 Python 的这个特性，这可以省去相当多的“键盘敲击次数”。作为实例，可以参考下面这段C++程序片段：

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

为了遍历 list 中的元素，上述C++代码定义了迭代器it，可以看出，这个“定义”过程需要敲击相当多的字符：“std::list<tracking_cars_info>::iterator ”。若是C++也允许像Python那样，无需显式的指定变量类型，而是把变量类型的确认工作交给编译器，代码就简洁许多了：

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

这样的C++代码并不影响阅读，熟悉 list 的程序员一眼就能看出it是一个迭代器。

可能有读者觉得将“确认变量类型”的工作交给编译器会降低编译效率，但是其实仔细想一下，应该并非如此，请看下面这段C++代码：

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

编译器在处理第三行代码时，大都会报错，给出类似于下面这样的信息：

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

这说明C++编译器在处理变量赋值时，也需要确定右值的类型，因此从理论上来看，自动推导类型并不会带来多少额外的工作。

C++中的auto关键字

事实上，C++11标准的确增加了“变量类型自动推导”的功能，只不过不像 Python，C++的这一功能需要借助auto关键字。

其实早在C++98标准中，就已经存在auto关键字了，只不过那时的auto关键字仅用于声明变量拥有自动的生命周期，可是不使用 auto 关键字定义的变量仍然具有自动的生命周期，所以那时的 auto 关键字属于多余的特性。

C++11标准丢弃了auto关键字之前的特性，取而代之的，将此关键字用于定义“可自动推导类型”的变量。下面是一段C++代码示例，请看：

int a = 8;
auto b = a; // 自动推导 b 的类型为 int
cout << typeid(b).name() << endl;

自动推导类型的C++代码示例

编译这段C++代码时应注意指定C++11标准：

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

可见，程序输出了i，表示变量 b 为 int 类型，这说明auto关键字的确根据 b 的右值（int型的a）确定了 b 的类型为 int。

现在有了auto关键字，前面那个遍历 list 的C++代码片段就可以改写了，请看：

for (std::list<tracking_cars_info>::iterator it=cars_list.begin(); it!=cars_list.end(); it++){
    ...
}
// 现在可以改写为
for (auto it=cars_list.begin(); it!=cars_list.end(); it++){
    ...
}

显然简洁了许多，C++程序员也可以少敲很多次键盘，手指健康得到了一定程度的保护。

C++的 auto 关键字用于模板

上面只是C++中 auto 关键字的其中一种用法，事实上，auto 关键字不仅仅能够让程序员少敲代码，也能带来一些功能上的便利。例如，在定义模板函数时，用于声明依赖模板参数的变量类型，下面是一段C++代码示例：

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

请注意变量 v 的定义，如果这里不使用 auto 关键字就棘手多了，因为我们根本无法事先确定变量 x 和 y 的类型，不到编译的时候，谁能知道 x+y 的结果究竟是什么类型呢？

读者应该注意到上面的 add() 函数其实并不好用，因为它没有将结果返回给调用者。于是可以做如下修改，请看相关C++代码：

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

可见，auto 关键字也可用于自动推导模板函数的返回值类型，否则 add() 函数的返回值类型也是相当难确定的。不过，在编译这段C++代码时，发现如下警告信息：

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

要避免出现这样的警告信息，可以使用C++11标准引入的新关键字decltype，相关的C++代码如下，请看：

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

auto用于定义模板函数

auto 在这里的作用也称为返回值占位，它只是为函数返回值占了一个位置，真正的返回值是后面的decltype(x+y)。现在编译这段C++代码，可以得到如下输出，请看：

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

auto 关键字的“自动推导类型”功能是由编译器提供的，而编译器也不是占卜得到变量类型的，它需要知道一些信息，因此 auto 在定义变量时必须初始化：

int i = 3;
auto j = i;

只有这样，编译器才能根据右值的类型推导出 auto 变量的类型。也正是因为如此，auto 变量作为函数的参数是非法的：

// 非法
void foo(auto a){
    ...
}

若是使用 auto 关键字在同一行定义多个变量，这些变量必须是同一类型，否则编译器就会报错，例如下面这两行C++代码：

auto a1 = 1, a2 = 2;//正确
auto b1 = 10, b2 = 'a';//错误,没有推导为同一类型

如果 auto 变量初始化时的右值为引用，则去除引用。请看下面这段C++代码：

int a = 1;
int &b = a;

auto c = b; // 此时 c 的类型为 int

c = 100; // a 依然为 1

如果希望自动推导为引用类型，则需要配合&运算符：

auto &d = b;
d = 100; // 此时 a 为 100

类似的，如果初始化表达式带有 const 或者 volatile 修饰符，仅有 auto 定义的变量去除 const 和 volatile 修饰符。

最后要说明的是，C++中的 auto 关键字并不是真正的类型，它仅用于告诉编译器“应该自动推导变量的类型”，所以像 sizeof() 以及 typeid() 这样操作数据类型的操作符是不能用于 auto 的，下面这两行C++代码是非法的：

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

本节主要讨论了C++11标准中的 auto 关键字，可见，它不仅能够让程序员少敲键盘，提升了C++程序开发效率，还额外提供了一些功能上的便利。文章在最后还讨论了使用 auto 关键字的注意事项，希望对读者有所帮助。