经过作者的不断迭代，一本书往往会先后发布很多个版本，其中每个新版本都是对前一个版本的修正和更新。C++ 编程语言的发展也是如此。截止到目前（2020 年），C++ 的发展历经了以下 3 个个标准：

• 2011 年，新的 C++ 11 标准诞生，用于取代 C++ 98 标准。此标准还有一个别名，为“C++ 0x”；
• 2014 年，C++ 14 标准发布，该标准库对 C++ 11 标准库做了更优的修改和更新；
• 2017 年底，C++ 17 标准正式颁布。

• C++11 是第二个真正意义上的 C++ 标准，也是 C++ 的一次重大升级。C++11 增加了很多现代编程语言的特性，比如自动类型推导、智能指针、lambda 表达式等，这使得 C++ 看起来又酷又潮，一点也不输 Java 和 C#。
• 虽然学习 C++11 需要花些时间，但这是非常值得的；C++11 非常实用，它不但提高了开发效率，还让程序更加健壮和优雅。程序员应该乐于升级换代已有的知识，而学习和使用 C++11 早就是大势所趋，请大家不要抗拒。
• 有些 C++11 新特性只是局限于某些特定的应用场景，比如链接库、多线程编程等，为了避免乏味枯燥，读者可以有选择性地阅读，先学习那些在实际开发中常用的知识点，而略过那些“偏难怪”的部分。

在 C++11 之前的版本（C++98 和 C++ 03）中，定义变量或者声明变量之前都必须指明它的类型，比如 int、char 等；但是在一些比较灵活的语言中，比如 C#、JavaScript、PHP、Python 等，程序员在定义变量时可以不指明具体的类型，而是让编译器（或者解释器）自己去推导，这就让代码的编写更加方便。

C++11 为了顺应这种趋势也开始支持自动类型推导了！C++11 使用 auto 关键字来支持自动类型推导。

auto 类型推导的语法和规则

在之前的 C++ 版本中，auto 关键字用来指明变量的存储类型，它和 static 关键字是相对的。auto 表示变量是自动存储的，这也是编译器的默认规则，所以写不写都一样，一般我们也不写，这使得 auto 关键字的存在变得非常鸡肋。

C++11 赋予 auto 关键字新的含义，使用它来做自动类型推导。也就是说，使用了 auto 关键字以后，编译器会在编译期间自动推导出变量的类型，这样我们就不用手动指明变量的数据类型了。

auto 关键字基本的使用语法如下：

auto name = value;

name 是变量的名字，value 是变量的初始值。

注意：auto 仅仅是一个占位符，在编译器期间它会被真正的类型所替代。或者说，C++ 中的变量必须是有明确类型的，只是这个类型是由编译器自己推导出来的。

auto 类型推导的简单例子：

auto n = 10;
auto f = 12.8;
auto p = &n;
auto url = "http://c.biancheng.net/cplus/";

下面我们来解释一下：

• 第 1 行中，10 是一个整数，默认是 int 类型，所以推导出变量 n 的类型是 int。
• 第 2 行中，12.8 是一个小数，默认是 double 类型，所以推导出变量 f 的类型是 double。
• 第 3 行中，&n 的结果是一个 int* 类型的指针，所以推导出变量 f 的类型是 int*。
• 第 4 行中，由双引号""包围起来的字符串是 const char* 类型，所以推导出变量 url 的类型是 const char*，也即一个常量指针。

我们也可以连续定义多个变量：

int n = 20;
auto *p = &n, m = 99;

先看前面的第一个子表达式，&n 的类型是 int*，编译器会根据 auto *p 推导出 auto 为 int。后面的 m 变量自然也为 int 类型，所以把 99 赋值给它也是正确的。

这里我们要注意，推导的时候不能有二义性。在本例中，编译器根据第一个子表达式已经推导出 auto 为 int 类型，那么后面的 m 也只能是 int 类型，如果写作m=12.5就是错误的，因为 12.5 是double 类型，这和 int 是冲突的。

还有一个值得注意的地方是：使用 auto 类型推导的变量必须马上初始化，这个很容易理解，因为 auto 在 C++11 中只是“占位符”，并非如 int 一样的真正的类型声明。

auto 的高级用法

auto 除了可以独立使用，还可以和某些具体类型混合使用，这样 auto 表示的就是“半个”类型，而不是完整的类型。请看下面的代码：

int x = 0;
auto *p1 = &x; //p1 为 int *，auto 推导为 int
auto p2 = &x; //p2 为 int*，auto 推导为 int*
auto &r1 = x; //r1 为 int&，auto 推导为 int
auto r2 = r1; //r2 为 int，auto 推导为 int

下面我们来解释一下：

• 第 2 行代码中，p1 为 int* 类型，也即 auto * 为 int *，所以 auto 被推导成了 int 类型。
• 第 3 行代码中，auto 被推导为 int* 类型，前边的例子也已经演示过了。
• 第 4 行代码中，r1 为 int & 类型，auto 被推导为 int 类型。
• 第 5 行代码是需要重点说明的，r1 本来是 int& 类型，但是 auto 却被推导为 int 类型，这表明当=右边的表达式是一个引用类型时，auto 会把引用抛弃，直接推导出它的原始类型。

接下来，我们再来看一下 auto 和 const 的结合：

int x = 0;
const auto n = x; //n 为 const int ，auto 被推导为 int
auto f = n; //f 为 const int，auto 被推导为 int（const 属性被抛弃）
const auto &r1 = x; //r1 为 const int& 类型，auto 被推导为 int
auto &r2 = r1; //r1 为 const int& 类型，auto 被推导为 const int 类型

下面我们来解释一下：

• 第 2 行代码中，n 为 const int，auto 被推导为 int。
• 第 3 行代码中，n 为 const int 类型，但是 auto 却被推导为 int 类型，这说明当=右边的表达式带有 const 属性时， auto 不会使用 const 属性，而是直接推导出 non-const 类型。
• 第 4 行代码中，auto 被推导为 int 类型，这个很容易理解，不再赘述。
• 第 5 行代码中，r1 是 const int & 类型，auto 也被推导为 const int 类型，这说明当 const 和引用结合时，auto 的推导将保留表达式的 const 类型。

最后我们来简单总结一下 auto 与 const 结合的用法：

• 当类型不为引用时，auto 的推导结果将不保留表达式的 const 属性；
• 当类型为引用时，auto 的推导结果将保留表达式的 const 属性。

auto 的限制

前面介绍推导规则的时候我们说过，使用 auto 的时候必须对变量进行初始化，这是 auto 的限制之一。那么，除此以外，auto 还有哪些其它的限制呢？

1) auto 不能在函数的参数中使用。

这个应该很容易理解，我们在定义函数的时候只是对参数进行了声明，指明了参数的类型，但并没有给它赋值，只有在实际调用函数的时候才会给参数赋值；而 auto 要求必须对变量进行初始化，所以这是矛盾的。

2) auto 不能作用于类的非静态成员变量（也就是没有 static 关键字修饰的成员变量）中。

3) auto 关键字不能定义数组，比如下面的例子就是错误的：

char url[] = "http://c.biancheng.net/";
auto  str[] = url;  //arr 为数组，所以不能使用 auto

4) auto 不能作用于模板参数，请看下面的例子：

template <typename T>
class A{
//TODO:
};

int main(){
A<int> C1;
A<auto> C2 = C1; //错误
return 0;
}

auto 的应用

说了那么多 auto 的推导规则和一些注意事项，那么 auto 在实际开发中到底有什么应用呢？下面我们列举两个典型的应用场景。

使用 auto 定义迭代器

auto 的一个典型应用场景是用来定义 stl 的迭代器。

我们在使用 stl 容器的时候，需要使用迭代器来遍历容器里面的元素；不同容器的迭代器有不同的类型，在定义迭代器时必须指明。而迭代器的类型有时候比较复杂，书写起来很麻烦，请看下面的例子：

#include <vector>
using namespace std;

int main(){
vector< vector<int> > v;
vector< vector<int> >::iterator i = v.begin();
return 0;
}

可以看出来，定义迭代器 i 的时候，类型书写比较冗长，容易出错。然而有了 auto 类型推导，我们大可不必这样，只写一个 auto 即可。

修改上面的代码，使之变得更加简洁：

#include <vector>
using namespace std;

int main(){
vector< vector<int> > v;
auto i = v.begin(); //使用 auto 代替具体的类型
return 0;
}

auto 可以根据表达式 v.begin() 的类型（begin() 函数的返回值类型）来推导出变量 i 的类型。

auto 用于泛型编程

auto 的另一个应用就是当我们不知道变量是什么类型，或者不希望指明具体类型的时候，比如泛型编程中。我们接着看例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
static int get(void){
return 100;
}
};

class B{
public:
static const char* get(void){
return "http://c.biancheng.net/cplus/";
}
};

template <typename T>
void func(void){
auto val = T::get();
cout << val << endl;
}

int main(void){
func<A>();
func<B>();

return 0;
}

运行结果：

100
http://c.biancheng.net/cplus/

本例中的模板函数 func() 会调用所有类的静态函数 get()，并对它的返回值做统一处理，但是 get() 的返回值类型并不一样，而且不能自动转换。这种要求在以前的 C++ 版本中实现起来非常的麻烦，需要额外增加一个模板参数，并在调用时手动给该模板参数赋值，用以指明变量 val 的类型。

但是有了 auto 类型自动推导，编译器就根据 get() 的返回值自己推导出 val 变量的类型，就不用再增加一个模板参数了。

下面的代码演示了不使用 auto 的解决办法：

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
static int get(void){
return 100;
}
};

class B{
public:
static const char* get(void){
return "http://c.biancheng.net/cplus/";
}
};

template <typename T1, typename T2> //额外增加一个模板参数 T2
void func(void){
T2 val = T1::get();
cout << val << endl;
}

int main(void){
//调用时也要手动给模板参数赋值
func<A, int>();
func<B, const char*>();

return 0;
}

 

C++ decltype类型推导完全攻略

 

• decltype 是 C++11 新增的一个关键字，它和 auto 的功能一样，都用来在编译时期进行自动类型推导。不了解 auto 用法的读者请转到《C++ auto》。
• decltype 是“declare type”的缩写，译为“声明类型”。
• 既然已经有了 auto 关键字，为什么还需要 decltype 关键字呢？因为 auto 并不适用于所有的自动类型推导场景，在某些特殊情况下 auto 用起来非常不方便，甚至压根无法使用，所以 decltype 关键字也被引入到 C++11 中。

auto 和 decltype 关键字都可以自动推导出变量的类型，但它们的用法是有区别的：

auto varname = value;
decltype(exp) varname = value;

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。

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

另外，auto 要求变量必须初始化，而 decltype 不要求。这很容易理解，auto 是根据变量的初始值来推导出变量类型的，如果不初始化，变量的类型也就无法推导了。decltype 可以写成下面的形式：

decltype(exp) varname;

exp 注意事项

原则上讲，exp 就是一个普通的表达式，它可以是任意复杂的形式，但是我们必须要保证 exp 的结果是有类型的，不能是 void；例如，当 exp 调用一个返回值类型为 void 的函数时，exp 的结果也是 void 类型，此时就会导致编译错误。

C++ decltype 用法举例：

int a = 0;
decltype(a) b = 1; //b 被推导成了 int
decltype(10.8) x = 5.5; //x 被推导成了 double
decltype(x + 100) y; //y 被推导成了 double

可以看到，decltype 能够根据变量、字面量、带有运算符的表达式推导出变量的类型。读者请留意第 4 行，y 没有被初始化。

decltype 推导规则

上面的例子让我们初步感受了一下 decltype 的用法，但你不要认为 decltype 就这么简单，它的玩法实际上可以非常复杂。当程序员使用 decltype(exp) 获取类型时，编译器将根据以下三条规则得出结果：

• 如果 exp 是一个不被括号( )包围的表达式，或者是一个类成员访问表达式，或者是一个单独的变量，那么 decltype(exp) 的类型就和 exp 一致，这是最普遍最常见的情况。
• 如果 exp 是函数调用，那么 decltype(exp) 的类型就和函数返回值的类型一致。
• 如果 exp 是一个左值，或者被括号( )包围，那么 decltype(exp) 的类型就是 exp 的引用；假设 exp 的类型为 T，那么 decltype(exp) 的类型就是 T&。

为了更好地理解 decltype 的推导规则，下面来看几个实际的例子。

【实例1】exp 是一个普通表达式：

#include <string>
using namespace std;

class Student{
public:
static int total;
string name;
int age;
float scores;
};

int Student::total = 0;

int main(){
int n = 0;
const int &r = n;
Student stu;

decltype(n) a = n; //n 为 int 类型，a 被推导为 int 类型
decltype(r) b = n; //r 为 const int& 类型, b 被推导为 const int& 类型
decltype(Student::total) c = 0; //total 为类 Student 的一个 int 类型的成员变量，c 被推导为 int 类型
decltype(stu.name) url = "http://c.biancheng.net/cplus/"; //total 为类 Student 的一个 string 类型的成员变量， url 被推导为 string 类型

return 0;
}

这段代码很简单，按照推导规则 1，对于一般的表达式，decltype 的推导结果就和这个表达式的类型一致。

【实例2】exp 为函数调用：

//函数声明
int& func_int_r(int, char); //返回值为 int&
int&& func_int_rr(void); //返回值为 int&&
int func_int(double); //返回值为 int

const int& fun_cint_r(int, int, int); //返回值为 const int&
const int&& func_cint_rr(void); //返回值为 const int&&

//decltype类型推导
int n = 100;
decltype(func_int_r(100, 'A')) a = n; //a 的类型为 int&
decltype(func_int_rr()) b = 0; //b 的类型为 int&&
decltype(func_int(10.5)) c = 0; //c 的类型为 int

decltype(fun_cint_r(1,2,3)) x = n; //x 的类型为 const int &
decltype(func_cint_rr()) y = 0; // y 的类型为 const int&&

 

需要注意的是，exp 中调用函数时需要带上括号和参数，但这仅仅是形式，并不会真的去执行函数代码。

【实例3】exp 是左值，或者被( )包围：

using namespace std;

class Base{
public:
int x;
};

int main(){
const Base obj;

//带有括号的表达式
decltype(obj.x) a = 0; //obj.x 为类的成员访问表达式，符合推导规则一，a 的类型为 int
decltype((obj.x)) b = a; //obj.x 带有括号，符合推导规则三，b 的类型为 int&。

//加法表达式
int n = 0, m = 0;
decltype(n + m) c = 0; //n+m 得到一个右值，符合推导规则一，所以推导结果为 int
decltype(n = n + m) d = c; //n=n+m 得到一个左值，符号推导规则三，所以推导结果为 int&

return 0;
}

这里我们需要重点说一下左值和右值：左值是指那些在表达式执行结束后依然存在的数据，也就是持久性的数据；右值是指那些在表达式执行结束后不再存在的数据，也就是临时性的数据。有一种很简单的方法来区分左值和右值，对表达式取地址，如果编译器不报错就为左值，否则为右值。

decltype 的实际应用

auto 的语法格式比 decltype 简单，所以在一般的类型推导中，使用 auto 比使用 decltype 更加方便，你可以转到《C++ auto》查看很多类似的例子，本节仅演示只能使用 decltype 的情形。

我们知道，auto 只能用于类的静态成员，不能用于类的非静态成员（普通成员），如果我们想推导非静态成员的类型，这个时候就必须使用 decltype 了。下面是一个模板的定义：

#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
class Base {
public:
void func(T& container) {
m_it = container.begin();
}

private:
typename T::iterator m_it; //注意这里
};

int main()
{
const vector<int> v;
Base<const vector<int>> obj;
obj.func(v);

return 0;
}

 

单独看 Base 类中 m_it 成员的定义，很难看出会有什么错误，但在使用 Base 类的时候，如果传入一个 const 类型的容器，编译器马上就会弹出一大堆错误信息。原因就在于，T::iterator并不能包括所有的迭代器类型，当 T 是一个 const 容器时，应当使用 const_iterator。

要想解决这个问题，在之前的 C++98/03 版本下只能想办法把 const 类型的容器用模板特化单独处理，增加了不少工作量，看起来也非常晦涩。但是有了 C++11 的 decltype 关键字，就可以直接这样写：

template <typename T>
class Base {
public:
void func(T& container) {
m_it = container.begin();
}

private:
decltype(T().begin()) m_it; //注意这里
};

看起来是不是很清爽？

C++ auto和decltype的区别

通过《C++ auto》和《C++ decltype》两节的学习，相信大家已经掌握了 auto 和 decltype 的语法规则以及使用场景，这节我们将 auto 和 decltype 放在一起，综合对比一下它们的区别，并告诉大家该如何选择。

语法格式的区别

auto 和 decltype 都是 C++11 新增的关键字，都用于自动类型推导，但是它们的语法格式是有区别的，如下所示：

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[ ]表示可有可无。

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。

另外，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 是根据变量的初始值来推导出变量类型的，如果不初始化，变量的类型也就无法推导了。

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。

请看下面的例子：

auto n1 = 10;
decltype(10) n2 = 99;

auto url1 = "http://c.biancheng.net/cplus/";
decltype(url1) url2 = "http://c.biancheng.net/java/";

auto f1 = 2.5;
decltype(n1*6.7) f2;

这些用法在前面的两节中已经进行了分析，此处就不再赘述了。

对 cv 限定符的处理

「cv 限定符」是 const 和 volatile 关键字的统称：

• const 关键字用来表示数据是只读的，也就是不能被修改；
• volatile 和 const 是相反的，它用来表示数据是可变的、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：

//非指针非引用类型
const int n1 = 0;

auto n2 = 10;
n2 = 99; //赋值不报错

decltype(n1) n3 = 20;
n3 = 5; //赋值报错

//指针类型
const int *p1 = &n1;

auto p2 = p1;
*p2 = 66; //赋值报错

decltype(p1) p3 = p1;
*p3 = 19; //赋值报错

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，auto 和 decltype 的推导规则也不一样；decltype 会保留引用类型，而 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>
using namespace std;

int main() {
int n = 10;
int &r1 = n;

//auto推导
auto r2 = r1;
r2 = 20;
cout << n << ", " << r1 << ", " << r2 << endl;

//decltype推导
decltype(r1) r3 = n;
r3 = 99;
cout << n << ", " << r1 << ", " << r3 << endl;

return 0;
}

运行结果：

10, 10, 20
99, 99, 99

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

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

总结

auto 虽然在书写格式上比 decltype 简单，但是它的推导规则复杂，有时候会改变表达式的原始类型；而 decltype 比较纯粹，它一般会坚持保留原始表达式的任何类型，让推导的结果更加原汁原味。

从代码是否健壮的角度考虑，我推荐使用 decltype，它没有那么多是非；但是 decltype 总是显得比较麻烦，尤其是当表达式比较复杂时，例如：

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

而如果使用 auto 就会清爽很多：

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

在实际开发中人们仍然喜欢使用 auto 关键字（我也这么干），因为它用起来简单直观，更符合人们的审美。如果你的表达式类型不复杂，我还是推荐使用 auto 关键字，优雅的代码总是叫人赏心悦目，沉浸其中。

注意，有些低版本的编译器不支持T().begin()这种写法，以上代码我在 VS2019 下测试通过，在 VS2015 下测试失败。

C++11强制类型转换

static_cast
用来进行比较“自然”和低风险的转换，比如整形和实数型、字符型之间互相转换。
不能在不同类型类型的指针之间互相转换，也不能用于整型和指针之间的互相转换，也不能用于不同类型的引用之间的转换。
reinterpret_cast
用来进行各种不同类型的指针之间的转换、不同类型的引用之间转换、以及指针和能容纳得下指针的整数类型之间的转换。转换的时候，执行的是逐个比特拷贝的操作。
const_cast
用来进行去除const属性的转换。将const引用转换成同类型的非const引用，将const指针转换为同类型的非const指针时用它。
dynamic_cast
专门用于将多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用，而且能够检查转换的安全性。对于不安全的指针转换，转换结果返回NULL。
不能用于将非多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用。