类型推导

在传统 C 和 C++ 中，参数的类型都必须明确定义，这其实对我们快速进行编码没有任何帮助，尤其是当我们面对一大堆复杂的模板类型时，必须明确的指出变量的类型才能进行后续的编码，这不仅拖慢我们的开发效率，也让代码变得又臭又长。

C++11 引入了 auto 和 decltype 这两个关键字实现了类型推导，让编译器来操心变量的类型。这使得 C++ 也具有了和其他现代编程语言一样，某种意义上提供了无需操心变量类型的使用习惯。

auto

auto 在很早以前就已经进入了 C++，但是他始终作为一个存储类型的指示符存在，与 register 并存。在传统 C++ 中，如果一个变量没有声明为 register 变量，将自动被视为一个 auto 变量。而随着 register 被弃用（在 C++17 中作为保留关键字，以后使用，目前不具备实际意义），对 auto 的语义变更也就非常自然了。

使用 auto 进行类型推导的一个最为常见而且显著的例子就是迭代器。你应该在前面的小节里看到了传统 C++ 中冗长的迭代写法：

// 在 C++11 之前
// 由于 cbegin() 将返回 vector<int>::const_iterator
// 所以 it 也应该是 vector<int>::const_iterator 类型
for(vector<int>::const_iterator it = vec.cbegin(); it != vec.cend(); ++it)

而有了 auto 之后可以：


#include <initializer_list>
#include <vector>
#include <iostream>

class MagicFoo {
public:
    std::vector<int> vec;
    MagicFoo(std::initializer_list<int> list) {
        // 从 C++11 起, 使用 auto 关键字进行类型推导
        for (auto it = list.begin(); it != list.end(); ++it) {
            vec.push_back(*it);
        }
    }
};
int main() {
    MagicFoo magicFoo = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::cout << "magicFoo: ";
    for (auto it = magicFoo.vec.begin(); it != magicFoo.vec.end(); ++it) {
        std::cout << *it << ", ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

一些其他的常见用法：

auto i = 5;              // i 被推导为 int
auto arr = new auto(10); // arr 被推导为 int *

从 C++ 20 起，auto 甚至能用于函数传参，考虑下面的例子：

int add(auto x, auto y) {
    return x+y;
}

auto i = 5; // 被推导为 int
auto j = 6; // 被推导为 int
std::cout << add(i, j) << std::endl;

注意：auto 还不能用于推导数组类型：

auto auto_arr2[10] = {arr}; // 错误, 无法推导数组元素类型

2.6.auto.cpp:30:19: error: 'auto_arr2' declared as array of 'auto'
    auto auto_arr2[10] = {arr};

decltype

decltype 关键字是为了解决 auto 关键字只能对变量进行类型推导的缺陷而出现的。它的用法和 typeof 很相似：

decltype(表达式)

有时候，我们可能需要计算某个表达式的类型，例如：

auto x = 1;
auto y = 2;
decltype(x+y) z;

你已经在前面的例子中看到 decltype 用于推断类型的用法，下面这个例子就是判断上面的变量 x, y, z 是否是同一类型：

if (std::is_same<decltype(x), int>::value)
    std::cout << "type x == int" << std::endl;
if (std::is_same<decltype(x), float>::value)
    std::cout << "type x == float" << std::endl;
if (std::is_same<decltype(x), decltype(z)>::value)
    std::cout << "type z == type x" << std::endl;

其中，std::is_same<T, U> 用于判断 T 和 U 这两个类型是否相等。输出结果为：

type x == int
type z == type x

尾返回类型推导

你可能会思考，在介绍 auto 时，我们已经提过 auto 不能用于函数形参进行类型推导，那么 auto 能不能用于推导函数的返回类型呢？还是考虑一个加法函数的例子，在传统 C++ 中我们必须这么写：

template<typename R, typename T, typename U>
R add(T x, U y) {
    return x+y;
}

注意：typename 和 class 在模板参数列表中没有区别，在 typename 这个关键字出现之前，都是使用 class 来定义模板参数的。但在模板中定义有嵌套依赖类型的变量时，需要用 typename 消除歧义

这样的代码其实变得很丑陋，因为程序员在使用这个模板函数的时候，必须明确指出返回类型。但事实上我们并不知道 add() 这个函数会做什么样的操作，以及获得一个什么样的返回类型。

在 C++11 中这个问题得到解决。虽然你可能马上会反应出来使用 decltype 推导 x+y 的类型，写出这样的代码：

decltype(x+y) add(T x, U y)

但事实上这样的写法并不能通过编译。这是因为在编译器读到 decltype(x+y) 时，x 和 y 尚未被定义。为了解决这个问题，C++11 还引入了一个叫做尾返回类型（trailing return type），利用 auto 关键字将返回类型后置：

template<typename T, typename U>
auto add2(T x, U y) -> decltype(x+y){
    return x + y;
}

令人欣慰的是从 C++14 开始是可以直接让普通函数具备返回值推导，因此下面的写法变得合法：

template<typename T, typename U>
auto add3(T x, U y){
    return x + y;
}

可以检查一下类型推导是否正确：

// after c++11
auto w = add2<int, double>(1, 2.0);
if (std::is_same<decltype(w), double>::value) {
    std::cout << "w is double: ";
}
std::cout << w << std::endl;

// after c++14
auto q = add3<double, int>(1.0, 2);
std::cout << "q: " << q << std::endl;

decltype(auto)

decltype(auto) 是 C++14 开始提供的一个略微复杂的用法。

要理解它你需要知道 C++ 中参数转发的概念，我们会在语言运行时强化一章中详细介绍，你可以到时再回来看这一小节的内容。

简单来说，decltype(auto) 主要用于对转发函数或封装的返回类型进行推导，它使我们无需显式的指定 decltype 的参数表达式。考虑看下面的例子，当我们需要对下面两个函数进行封装时：

std::string  lookup1();
std::string& lookup2();

在 C++11 中，封装实现是如下形式：

std::string look_up_a_string_1() {
    return lookup1();
}
std::string& look_up_a_string_2() {
    return lookup2();
}

而有了 decltype(auto)，我们可以让编译器完成这一件烦人的参数转发：

decltype(auto) look_up_a_string_1() {
    return lookup1();
}
decltype(auto) look_up_a_string_2() {
    return lookup2();
}

typename

参考文档: https://en.cppreference.com/w/cpp/language/dependent_name

The `typename` disambiguator for dependent names

在模板中定义有嵌套依赖类型的变量时，需要用 typename 消除歧义。

In a declaration or a definition of a template, including alias template, a name that is not a member of the current instantiation and is dependent on a template parameter is not considered to be a type unless the keyword typename is used or unless it was already established as a type name, e.g. with a typedef declaration or by being used to name a base class.

#include <iostream>
#include <vector>
 
int p = 1;
 
template<typename T>
void foo(const std::vector<T> &v)
{
    // std::vector<T>::const_iterator is a dependent name,
    typename std::vector<T>::const_iterator it = v.begin();
 
    // without 'typename', the following is parsed as multiplication
    // of the type-dependent member variable 'const_iterator'
    // and some variable 'p'. Since there is a global 'p' visible
    // at this point, this template definition compiles.
    std::vector<T>::const_iterator* p;
 
    typedef typename std::vector<T>::const_iterator iter_t;
    iter_t * p2; // iter_t is a dependent name, but it's known to be a type name
}
 
template<typename T>
struct S
{
    typedef int value_t; // member of current instantiation
 
    void f()
    {
        S<T>::value_t n{}; // S<T> is dependent, but 'typename' not needed
        std::cout << n << '\n';
    }
};
 
int main()
{
    std::vector<int> v;
    foo(v); // template instantiation fails: there is no member variable
            // called 'const_iterator' in the type std::vector<int>
    S<int>().f();
}

The keyword typename may only be used in this way before qualified names (e.g. T::x), but the names need not be dependent.

Usual qualified name lookup is used for the identifier prefixed by typename. Unlike the case with elaborated type specifier, the lookup rules do not change despite the qualifier:

struct A // A has a nested variable X and a nested type struct X
{
    struct X {};
    int X;
};
 
struct B
{
    struct X {}; // B has a nested type struct X
};
 
template<class T>
void f(T t)
{
    typename T::X x;
}
 
void foo()
{
    A a;
    B b;
    f(b); // OK: instantiates f<B>, T::X refers to B::X
    f(a); // error: cannot instantiate f<A>:
          // because qualified name lookup for A::X finds the data member
}

The keyword typename can be used even outside of templates.

#include <vector>
 
int main()
{
    // Both OK (after resolving CWG 382)
    typedef typename std::vector<int>::const_iterator iter_t;
    typename std::vector<int> v;
}

In some contexts, only type names can validly appear. In these contexts, a dependent qualified name is assumed to name a type and no typename is required:

A qualified name that is used as a declaration specifier in the (top-level) decl-specifier-seq of:

a simple declaration or function definition at namespace scope;
a class member declaration;
a parameter declaration in a class member declaration (including friend function declarations), outside of default arguments;
a parameter declaration of a declarator for a function or function template whose name is qualified, outside of default arguments;
a parameter declaration of a lambda expression outside of default arguments;
a parameter declaration of a requires-expression;
the type in the declaration of a non-type template parameter;

A qualified name that appears in type-id, where the smallest enclosing type-id is:

the type in a new expression that does not parenthesize its type;
the type-id in an alias declaration;
a trailing return type,
a default argument of a type template parameter, or
the type-id of a static_cast, dynamic_cast, const_cast, or reinterpret_cast.

类型推导

类型推导

auto

decltype

尾返回类型推导

decltype(auto)

typename

The typename disambiguator for dependent names

The `typename` disambiguator for dependent names