C++11 新特性：自动类型推导 auto 和 decltype（下）

前面两篇文章分别介绍了 auto 和 decltype，今天聊聊它们两者之间的区别。

语法格式的区别

auto varname = value; // auto的语法格式
decltype(exp) varname [= value]; // decltype的语法格式

其中，varname 表示变量名，value 表示赋给变量的值，exp 表示一个表达式，方括号[]表示可选。

auto 要求变量必须初始化，也就是在定义变量的同时必须给它赋值；而 decltype 不要求，初始化与否都不影响变量的类型。

这很容易理解，因为 auto 根据变量初始值来推导出变量类型，如果不初始化，变量的类型也就无法推导。

推导规则不同

auto 和 decltype 都会自动推导出变量 varname 的类型：

• auto 根据 = 右边的初始值 value 推导出变量的类型；
• decltype 根据 exp 表达式推导出变量的类型，跟 = 右边的 value 没有关系。

auto 将变量的类型和初始值绑定在一起，而 decltype 将变量的类型和初始值分开；虽然 auto 的书写更加简洁，但 decltype 的使用更加灵活。

应用场景不同

auto 通常用于变量声明时，简化类型定义，特别是当类型名较长或复杂时。

decltype 常用于需要精确类型匹配的场景，如模板元编程、泛型编程中，以及定义依赖于表达式类型的变量。

对 cv 限定符的处理

cv 限定符是 const 和 volatile 关键字的统称：

• const 关键字表示数据是只读的，也就是不能被修改；
• volatile 表示数据是可变的、易变的，目的是不让 CPU 将数据缓存到寄存器，而是从原始的内存中读取。

在推导变量类型时，auto 和 decltype 对 cv 限制符 的处理是不一样的。decltype 会保留 cv 限定符，而 auto 有可能会去掉 cv 限定符。

以下是 auto 关键字对 cv 限定符的推导规则：

• 如果表达式的类型不是指针或者引用 ，auto 会把 cv 限定符直接抛弃，推导成 non-const 或者 non-volatile 类型。
• 如果表达式的类型是指针或者引用，auto 将保留 cv 限定符。

下面的例子演示了对 const 限定符的推导：

int main() {
    // 非指针非引用类型
    const int n1 = 0;
    auto n2 = 10; // n2 是 int
    n2 = 99;
    decltype(n1) n3 = 20; // n3 是 const int
    n3 = 5;  // 错误
    // 指针类型
    const int *p1 = &n1;
    auto p2 = p1; // p2 是 const int *
    *p2 = 66;  // 错误
    decltype(p1) p3 = p1; // p3 是 const int *
    *p3 = 19;  // 错误
}

编译结果：

在 C++ 中无法将一个变量的完整类型输出，我们通过对变量赋值来判断它是否被 const 修饰；如果被 const 修饰那么赋值失败，如果不被 const 修饰，那么赋值成功。虽然这种方案不太直观，但也是能达到目的的。

n2 赋值成功，说明不带 const，也就是 const 被 auto 抛弃了，这验证了 auto 的第一条推导规则。p2 赋值失败，说明是带 const 的，也就是 const 没有被 auto 抛弃，这验证了 auto 的第二条推导规则。

n3 和 p3 都赋值失败，说明 decltype 不会去掉表达式的 const 属性。

对引用的处理

当表达式的类型为引用时：

• decltype 会保留引用类型；
• auto 会抛弃引用类型，直接推导出它的原始类型。

请看下面的例子：

#include <iostream>

int main() {
    int n = 15;
    int &r1 = n;
    //auto推导
    auto r2 = r1;
    r2 = 20;
    std::cout << n << ", " << r1 << ", " << r2 << std::endl;
    //decltype推导
    decltype(r1) r3 = n;
    r3 = 115;
    std::cout << n << ", " << r1 << ", " << r3 << std::endl;
    return 0;
}

输出

15, 15, 20
115, 115, 115

从运行结果可以看出，给 r2 赋值并没有改变 n 的值，这说明 r2 没有指向 n，单独拥有了一块内存，这就证明 r2 不再是引用类型，它的引用类型被 auto 抛弃了。

给 r3 赋值，n 的值也跟着改变，说明 r3 仍然指向 n，它的引用类型被 decltype 保留了。

总结

auto 书写格式比 decltype 简单，但它的推导规则复杂，有时候会改变表达式的原始类型；而 decltype 比较纯粹，一般会坚持保留原始表达式的任何类型。

从代码的健壮性考虑，推荐使用 decltype，但是 decltype 有时显得比较麻烦，尤其是当表达式比较复杂时，例如：

std::vector<int> nums;
decltype(nums.begin()) it = nums.begin();

而如果使用 auto 就会简单很多：

std::vector<int> nums;
auto it = nums.begin();

在实际开发中，如果明确知道使用的变量类型，那么使用 auto，减少代码量，增加可读性，其他场景使用 decltype。