C++0x: auto 和 decltype

在上一篇的《C++ 語法再加強：C++0x》中，有列出在 Visual C++ 2010 中所新增的六項 C++0x Core Language 的新功能，也大概針對了各項也做了極為簡單的說明；而這一篇，就先來講 auto 和 decltype 這兩項新功能吧～

auto keyword

首先，auto 這個 ketword 其實在 VC++2010 前是有其他用處的；他是所謂的「storage-class specifier」，是用來告訴編譯器一個物件或函式的週期和可見範圍、同時也告訴編譯器他應該如何被儲存。而這一類的 specifier 包括了 auto、extern、mutable、register、static 這五種，不過由於這不是本文的重點，所以就不多花時間說明了。

在 C++0x 裡，auto 這個 keyword，是用來取代直接用特定的型別（type）來宣告變數，而變數的型別則會根據所給的 initialization expression 來推導；它的形式是：

auto declarator initializer;

最簡單的例子大概如下：

int j = 0;  // j is explicitly type int.
auto k = 0; // k is implicitly type int.

上面這樣的程式，由於 0 是一個整數，所以用 auto 宣告的變數 k 的型別也會和 j 一樣、是 int。

而使用 auto 的好處呢？他主要的優點是可以讓複雜的類別有更簡單的宣告方法；尤其像有使用 template 時，要宣告變數往往要打很長一串，現在用 auto 可以代替這一長串的型別。例如下面的例子，兩行的寫法是等價的，但是用 auto 的話程式會簡短許多。

map<int,list<string>>::iterator i = m.begin(); 
auto i = m.begin(); 

同時，auto 也可以用來宣告變數、以儲存 lambda expression 這種匿名函式（anonymous function），或是用來宣告一個 function pointer 的變數。而如果把 auto 和 decltype 這個 type specifier 一起使用的話，還可以用來簡化 template 函式的開發。

不過在使用 auto 時， 需要注意到的是，由於他是根據 initialization expression 來判斷型別，所以和一般的變數宣告還是有些不同；下面是一些要注意的：

• 使用時一定要有 initializer，下面是簡單的例子：

  auto x = 10; // ok
  auto x;      // error! without initializer

• auto 不能用來宣告陣列、也不能用來宣告變數的 return type、函式或 template 的參數。例如下面幾個例子都是錯誤的使用方式：

  auto a[5];
  auto f(){};
  void f(auto j){};
  template<auto T> class C{};
  vector<auto> c;

這邊只是稍微列舉一些，而在 MSDN Library 的《auto Keyword (Type Deduction) 》一文中的「Restrictions and Error Messages」部分，有以可能的編譯錯誤為導向列出的完整列表，有興趣的可以參考看看。

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decltype Type Specifier

decltype 這個 type specifier 是用來根據所給的 expression 決定型別，它的形式是：

decltype( expression )

他最簡單的例子，應該就是類似下面這樣的程式：

int a;
decltype( a ) b;

如此，可以宣告出一個型別和 a 一樣是 int 的 b。

而 decltype 最主要的用處，是用來和 auto 一起使用，來簡化 template 函式的開發。

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auto + decltype

前面一直有提到，當把 auto 和 decltype 合併使用時，可以用來簡化部分的 template 函式的撰寫。而在實作上，這是使用名為「trailing-return-type」（或稱「late-specified return type」）的特殊函示宣告方法來做到的～下面是這種用法的基本形式：

auto function_name( parameters ) −> decltype( expression )
{
  function_body;
}

這邊的 return type 是 auto、同時在 function name 後面又加上了「-> decltype( expression )」，這是透過 decltype 做判斷，告訴編譯器 auto 的型別到底是什麼；這種用來指定 retrun type 的寫法，和在使用 lambda expression 時是類似的。

這樣的寫法有什麼好處呢？透過這樣的機制，程式開發者可以寫出更有彈性的 template 函式，用來套用在不同的狀況下～像以下方的例子來說，由於 T 和 U 相加可能會產生不同的型別，而本來的寫法會需要考慮到這個需要回傳的型別；但是使用 auto 加 decltype 的話，就可以讓編譯器自己去判斷要回傳的型別了～

template<typename T, typename U>
auto myFunc( T& t, U& u)-> decltype( t + u ){
  return t + u;
}; 

不過說實話，Heresy 自己也還不知道這樣的功能可以用在什麼地方？本來剛看到的時候是有想到一些地方可能可以用上，但是實際玩了一下卻都發現會踩到一些限制而無法使用，總覺得似乎沒想像中的方便？不過也或許是還沒碰到需要、符合這種功能的例子吧？

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參考資料：

• auto Keyword (Type Deduction) @ MSDN Library
• decltype Type Specifier @ MSDN Library
• Lambdas, auto, and static_assert: C++0x Features in VC10, Part 1 @ Visual C++ Team Blog
• decltype: C++0x Features in VC10, Part 3 @ Visual C++ Team Blog

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