【C++】关键字auto详解

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目录

一、前言

二、类型别名思考

三、auto简介

四、auto使用细则

1.auto基本用法

[2. auto与指针和引用结合起来使用](#2. auto与指针和引用结合起来使用)

[3. 在同一行定义多个变量](#3. 在同一行定义多个变量)

五、auto不能推导的场景

[1. auto不能作为函数的参数](#1. auto不能作为函数的参数)

[2. auto不能直接用来声明数组](#2. auto不能直接用来声明数组)

[3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法](#3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法)

[4. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。](#4. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。)

六、基于范围的for循环(C++11)

七、范围for的使用条件

[1. for循环迭代的范围必须是确定的](#1. for循环迭代的范围必须是确定的)

[2. 迭代的对象要实现++和==的操作](#2. 迭代的对象要实现++和==的操作)

总结

共勉

---

一、前言

C++中的auto关键字用于自动推导变量的类型，它大大简化了代码书写 ，尤其是在变量类型复杂或冗长时。以下是关于auto关键字的详细讲解，包括其使用细则、不能推导的场景、以及基于循环中的应用范围。

二、类型别名思考

随着程序越来越复杂，程序中用到的类型也越来越复杂，经常体现在：

1. 类型难于拼写
2. 含义不明确导致容易出错

#include <string>
#include <map>
int main()
{
	std::map<std::string, std::string> m{ { "apple", "苹果" }, { "orange",
   "橙子" },
	  {"pear","梨"} };
	std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		//....
	}
	return 0;
}


std::map<std::string, std::string>::iterator 是一个类型，
但是该类型太长了，特别容易写错。
聪明的人可能已经想到：可以通过typedef给类型取别名，比如：


#include <string>
#include <map>
typedef std::map<std::string, std::string> Map;
int main()
{
	Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
	Map::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		//....
	}
	return 0;
}

使用typedef给类型取别名确实可以简化代码，但是typedef有会遇到新的难题：

typedef char* pstring;
int main()
{
	const pstring p1;	// 编译成功还是失败？
	const pstring* p2;	// 编译成功还是失败？
	return 0;
}

在编程时，常常需要把表达式的值赋值给变量，这就要求在声明变量的时候清楚地知道表达式的 类型。然而有时候要做到这点并非那么容易，因此C++11给auto赋予了新的含义。

三、auto简介

• 在早期C/C++中auto的含义是：使用auto修饰的变量，是具有自动存储器的局部变量，但遗憾的是一直没有人去使用它，可以思考下为什么？
• C++11中，标准委员会赋予了auto全新的含义即：auto不再是一个存储类型指示符，而是作为一个新的类型指示符来指示编译器，auto声明的变量必须由编译器在编译时期推导而得。

int TestAuto()
{
	return 10;
}
int main()
{
	int a = 10;
	auto b = a;
	auto c = 'a';
	auto d = TestAuto();
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	//auto e; 无法通过编译，使用auto定义变量时必须对其进行初始化
	return 0;
}

【注意】

使用auto定义变量时必须对其进行初始化，在编译阶段编译器需要根据初始化表达式来推导auto的实际类型。因此auto并非是一种"类型"的声明，而是一个类型声明时的"占位符"，编译器在编译期会将auto替换为变量实际的类型。

四、auto使用细则

1.auto基本用法

auto会根据初始化表达式来推导变量的类型，因此变量必须在定义时初始化。

#include <iostream>
int main() {
    auto x = 42;     // x的类型推导为int
    auto y = 3.14;   // y的类型推导为double
    auto z = "Hello"; // z的类型推导为const char*
    
    std::cout << x << " " << y << " " << z << std::endl;
    return 0;
}
解释：编译器根据变量的初始值自动推导出类型，x为int，y为double，z为const char*。

2. auto与指针和引用结合起来使用

用auto声明指针类型时，用auto和auto*没有任何区别，但用auto声明引用类型时则必须加&

int main()
{
	int x = 10;
	auto a = &x;
	auto* b = &x;
	auto& c = x;
	cout << typeid(a).name() << endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	*a = 20;
	*b = 30;
	c = 40;
	return 0;
}

#include <iostream>
int main() {
    int a = 10;
    int& ref = a;
    int* ptr = &a;

    auto x = ref;  // x被推导为int，而不是int&（因为会拷贝ref的值）
    auto& y = ref; // y被推导为int&，保持了引用特性
    auto p = ptr;  // p被推导为int*，保持了指针特性

    y = 20; // y是引用，改变y会改变a
    std::cout << a << " " << *p << std::endl; // 输出 20 20
    return 0;
}
解释：auto会自动推导为变量的实际类型，若需要保持引用或指针的功能，必须显式使用&或*。

3. 在同一行定义多个变量

当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同的类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导，然后用推导出来的类型定义其他变量。

错误示例：
void TestAuto()
{
	auto a = 1, b = 2;
	auto c = 3, d = 4.0;  // 该行代码会编译失败，因为c和d的初始化表达式类型不同
}

错误示例：
auto a = 1, b = 3.14; // 错误！a为int, b为double，类型不一致

编译器会报错，因为auto要求相同行中所有变量必须推导为相同的类型。
正确的做法是分别定义不同类型的变量。

正确示例：
auto a = 1;
auto b = 3.14;

五、auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的参数

auto不能将函数的参数类型推导，必须明确指定参数类型。

错误示例：

// 此处代码编译失败，auto不能作为形参类型，因为编译器无法对a的实际类型进行推导
void TestAuto(auto a)
{}


void func(auto param) {} // 错误！函数参数不支持auto

2. auto不能直接用来声明数组

虽然函数参数不支持auto，但在C++14之后，auto可以将函数的返回值类型推导。

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6};
}


auto add(int a, int b) {
    return a + b; // 返回值类型为int
}

3. 为了避免与C++98中的auto发生混淆，C++11只保留了auto作为类型指示符的用法

4. auto在实际中最常见的优势用法就是跟以后会讲到的C++11提供的新式for循环，还有lambda表达式等进行配合使用。

六、基于范围的for循环**(C++11)**

C++11引入了基于范围的for循环（range-based for loop），简化了对容器的遍历。auto这里可以用来自动推导元素的类型。

在C++98中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行：
void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
	{
		array[i] *= 2;
	}
		
	for (int* p = array; p < array + sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++p)
	{
		cout << *p << endl;
	}
		
}

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易犯错误。因此C++11中引入了基于范围的for循环。for循环后的括号由冒号" ："分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二部分则表示被迭代的范围。（注意：与普通循环类似，可以用continue来结束本次循环，也可以用break来跳出整个循环。）

语法：
for (auto element : container) {
    // 使用element
}
即：
for (auto 迭代变量 : 被迭代范围(容器/数组)) {
    // 使用element
}

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for (auto& e : array)
	{
		e *= 2;
	}
		
	for (auto e : array)
	{
		cout << e << " ";
	}	
}

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 使用auto自动推导元素类型
    for (auto num : numbers) {
        std::cout << num << " "; // 输出：1 2 3 4 5
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 如果要修改元素的值，需要使用引用
    for (auto& num : numbers) {
        num *= 2; // 所有元素值翻倍
    }
    
    for (auto num : numbers) {
        std::cout << num << " "; // 输出：2 4 6 8 10
    }
    return 0;
}
解释：使用auto可以自动推导出容器中的元素类型，如果要修改元素的值，需要使用auto&来保持引用。

七、范围for的使用条件

1. for循环迭代的范围必须是确定的

对于数组而言，就是数组中第一个元素和最后一个元素的范围；对于类而言，应该提供begin和end的方法，begin和end就是for循环迭代的范围。

注意：以下代码就有问题，因为for的范围不确定

void TestFor(int array[])
{
	for (auto& e : array)
	{
		cout << e << endl;
	}
}

2. 迭代的对象要实现++和==的操作

(关于迭代器这个问题，以后会讲，现在提一下)

基于范围的循环要求容器必须实现begin()和end()方法，例如STL容器（如std::vector、std::array等）都可以使用。

总结

• auto的类型推导：根据初始化表达式推导类型，但不能同时定义不同类型的变量。
• 指针和引用 ：可以与auto结合使用，保留指针或引用功能。
• 不能推导的场景 ：auto不能用于函数参数推导，函数返回值可以从C++14起使用auto推导。
• rangefor循环 ：auto在基于范围的for循环中，简化了元素类型的推导。

这个功能可以减少代码冗长并提高吸引力，但在使用时需要注意不能盲目，尤其依赖于复杂类型和引用的使用上。

共勉