Effective Modern C++ 笔记（1）：Intro & Deducing Types

Introduction

• argument 是实参，可以是左值也可以是右值；

  parameter 是形参，一定是左值。

• basic exception safety guarantee 是指发生异常后程序的不变量仍然得到保证以及没有资源被泄露；

  strong exception safety guarantee 是指发生异常后程序的状态要和调用这个抛出异常的函数之前一样。

Chapter 1 Deducing Types

• C++ 98 中类型推导只用于函数模板的类型参数，C++ 11 中新引入了两个使用类型推导的场景：auto 和 decltype。

Item 1 Understand template type deduction

考虑这样的场景：

c++

template<typename T>
void f(ParamType param);  // ParamType 是 T 或者 T 和一些修饰符（比如 const，&，*）的组合

f(expr);

类型推断大致分为三类：

• ParamType 是指针或引用（但不是 universal reference）：如果 expr 是引用的话，去掉 &，然后将 expr 的类型和 ParamType 相比，得到 T（ParamType 包含 T）。
• ParamType 是 universal reference：即 ParamType 是 T&&。如果 expr 是左值，T 被推断为左值引用，然后根据 reference collapsing 将 ParamType 也折叠成左值引用；如果 expr 是右值，T 被推断为正常类型（不含 &），expr 为右值引用。
• ParamType 不是指针也不是引用：忽略 expr 的 &, const 以及 volatile，然后和 ParamType 相比得到 T。需要注意的是，对于 expr 是 const int *const 这种情况，只能忽略后面那个 const。

对于 expr 是数组的情况（例如 int[5]）：

• 如果 ParamType 不是引用，T 被推断为 int *（typeid 为 Pi）。
• 如果 ParamType 是引用，T 被推断为 int(&)[5]（typeid 为 A5_i）。

对于 expr 是函数的情况（例如 int(char)）：

• 如果 ParamType 不是引用，T 被推断为 int (*)(char)（typeid 为 PFicE）。
• 如果 ParamType 是引用，T 被推断为 int (&)(char)（typeid 为 FicE）。

Item 2 Understand auto type deduction

auto type deduction 和 template type deduction 类似，只有一点不同。

• 先说相同点，考虑这样的场景：

  c++

  auto x = 27;
  const auto cx = x;
  const auto& rx = x;

  定义变量时的 type specifier（该处的 auto, const auto, const auto&）即相当于 template type deduction 中的 ParamType，而 auto 本身则相当于 T。

  也就是说，const auto& rx = x; 所做的推断和以下 template type deduction 所做的推断是一样的：

  c++

  template<typename T>
  void func_for_rx(const T& param);
  
  func_for_rx(x);

• 相同点说完了，然后是不同点：在定义变量时如果用花括号进行初始化，auto 会被推断为 initializer_list；而对于模板函数来说，不允许对花括号括起来的一组值进行类型推断。

  此外，C++14 中还引入了 auto 作为函数返回值和 auto 作为 lambda 表达式入参这两种机制。在这两种情形中，auto 实际使用 template type deduction 的原则进行类型推断而非 auto type deduction，即返回值和 lambda 表达式的入参不能是花括号括起来的一组值。

Item 3 Understand decltype

• decltype 是一个关键字，它接受一个变量名或表达式作为参数，返回其类型。这种不做任何修改，直接返回参数类型的类型推断方式也叫 decltype type deduction。

  值得一提的是 decltype ((x)) 这种用法（x 是变量名），推断出的类型为左值引用，因为参数是左值表达式而非变量名，但这不能算特例，只是反直觉而已。

• 把函数的参数传递给 decltype，可以将 decltype 推断出的类型作为返回值写在函数参数列表之后，这种用法叫 trailing return type（写在参数列表之后是因为 decltype 需要用到函数的参数，而这些参数在参数列表中定义）：

  c++

  template <typename Container, typename Index>
  auto authAndAccess(Container& c, Index i) -> decltype(c[i])
  {
      authenticateUser();
      return c[i];
  }

  而在 C++14 中，可以省略 trailing return type，用之前提到过的 template type deduction （auto 作为返回值的情况）来推断返回值：

  c++

  template <typename Container, typename Index>
  auto authAndAccess(Container& c, Index i)
  {
      authenticateUser();
      return c[i];
  }

  但是这就有一个问题，c[i] 返回的一般都是左值引用 T&，而 template type deduction 中会忽略掉 &，所以函数的返回值就变成了 T，这与 decltype(c[i]) 不一致。为了解决这个问题，C++14 引入了 decltype(auto)，即使用 decltype type deduction 来推断返回值类型：

  c++

  template<typename Container, typename Index>
  decltype(auto) authAndAccess(Container& c, Index i)
  {
   	authenticateUser();
   	return c[i];
  }

• decltype(auto) 还可以像 auto 那样用于定义变量，区别是前者使用 decltype type deduction，而后者使用 auto type deduction。

Item 4 Know how to view deduced types

作者提供了三种查看类型推断结果的方法：分别在开发时刻（编辑代码时），编译时刻以及运行时刻。

• 开发时刻：利用 IDE 提供的功能，通常将光标悬停在变量名上就能看到其类型。

• 编译时刻：利用未定义的模板，通过编译器的报错信息获得变量的类型：

  c++

  template<typename T>
  class TD;
  
  const int theAnswer = 42;
  auto x = &theAnswer;
  
  // error: aggregate 'TD<const int *> xType' has incomplete type and cannot be defined
  TD<decltype(x)> xType;

  注意这里类型推断使用的原则是 auto type deduction 的 case 3（即 ParamType 不是指针也不是引用），expr 是 const int *，虽然含有 const，但是是在 * 之前，所以不能忽略（即新定义的指针本身的常量性由 ParamType 中是否含有 const 决定，而被指资源的常量性则由 expr 中是否含有 const 决定）。

• 运行时刻：利用 typeid 和 type_info 的 name 方法获得变量的类型：

  c++

  template<typename T>
  void f(const T& param)
  {
   	cout << "T =     " << typeid(T).name() << '\n';
   	cout << "param = " << typeid(param).name() << '\n';
  } 
  
  std::vector<Widget> createVec();
  const auto vw = createVec();
  
  if (!vw.empty()) {
   	f(&vw[0]);
  }

  输出的结果是 compiler-dependent 的，在 GNU 和 Clang 中是：

  Code

  T =     PK6Widget
  param = PK6Widget

  也就是 const Widget *。

  这里可能有几处误解：

  • param （即 &vw[0]）类型是 const Widget *，按照 template type deduction 的 case 1，T 应该是 Widget * 才对？

    注意 template type deduction 的 case 1 中所说的 “将 expr 的类型和 ParamType 相比，得到 T”，并不是简单的模式匹配：

    Code

    expr:      const Widget *
    ParamType: const T &

    看上去 T 好像是 Widget *，但是需要考虑到涉及指针时，常量性有两重含义：指针本身和被指资源。ParamType 中的 const 是说 param 本身（也就是指针本身）是 const，而 expr 中的 const 根据它的位置可以得知其含义是被指资源是 const，两者含义并不相同。如果一定要用模式匹配的概念的话，更确切的比对应该是这样：

    	类型	常量性	引用
    expr	const Widget *	×	-
    ParamType	T	√	&

    可见 expr 有而 ParamType 没有的部分就是 const Widget *，所以 T 就是 const Widget *。

    说白了导致这个误解的根本原因是 const int 和 const int * 两处的 const 虽然位置相似但是语义不同。

  • 刚刚解释了 T 是 const Widget * 没错，但是 param 难道不应该是 const Widget *const & 吗？

    这就涉及 type_info::name 方法的机制问题了，该方法实现上要求返回的类型好像经过了一次 pass-by-value 一样（即应用一次 template type deduction 的 case 3），所以 cvr（const，volatile，reference）三个性质全部被去掉了（仍然如之前讨论的一样，这里的 const 是变量本身的 const，如果变量是指针，那么被指资源的 const 不在此列），const Widget *const & 也就变成了 const Widget *。

Reference

• https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese