15 【C++11 新特性】统一的列表初始化和变量类型推导

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C++11简介

在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表(简称TC1)，使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称。不过由于C++03(TC1)主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动，因此人们习惯性的把两个标准合并称为C++98/03标准。从C++0x到C++11，C++标准10年磨一剑，第二个真正意义上的标准珊珊来迟。相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。C++11增加的语法特性非常篇幅非常多，我们这里没办法一 一讲解，所以本文主要讲解实际中比较实用的语法：

1. 列表初始化
2. 变量类型推导
3. 范围for循环
4. 可变模板参数
5. lambda表达式
6. 包装器
7. 新增 新容器—静态数组array、forward_list以及unordered系列
8. 新增 新接口—右值引用和移动语义
9. 新增 类功能： 禁止生成默认函数的关键字delete、 final与override
10. 智能指针
11. 线程库

C++参考手册

小故事：
1998年是C++标准委员会成立的第一年，本来计划以后每5年视实际需要更新一次标准，C++国际标准委员会在研究C++ 03的下一个版本的时候，一开始计划是2007年发布，所以最初这个标准叫C++ 07。但是到06年的时候，官方觉得2007年肯定完不成C++ 07，而且官方觉得2008年可能也完不成。最后干脆叫C++ 0x。x的意思是不知道到底能在07还是08还是09年完成。结果2010年的时候也没完成，最后在2011年终于完成了C++标准。所以最终定名为C++11。

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1. 统一的列表初始化

C++11的第一个新特性：一切皆可用{}初始化,并且可以不用加=

class Point
{
public:Point(int x, int y):_x(x), _y(y){}int _x;int _y;
};int main()
{int x = 1;int y = { 2 };int z{ 3 };int* p1 = new int[3]{1, 2, 3};   //有了统一列表初始化之后就可以这样，下面其他初始化可以不加=的原因，或许是为了和这里统一。//int* pa = new int[3] = {1, 2, 3}; // 错误: “=”: 无法从“initializer list”转换为“int *”int p2[]{ 1, 2, 3 };int p3[] = { 1, 2, 3 };Point p4(4, 4);Point p5{ 5,5 };Point p6 = { 6, 6 };vector<int> v1{ 1,2,3,4,5 };vector<int> v2 = { 1,2,3,4,5 };return 0;
}

1.1 统一初始化的原理

（1）多参数的隐式类型转换

我们上面对Point类对象的构造：

Point p4(4, 4);
Point p5{ 5,5 };
Point p6 = { 6, 6 };

这三种Point初始化，本质都是调用了构造函数，也就是这三个是等价的。

我们知道单参数隐式类型转换：string s = "xxxx";

对于对象p6，它们其实本质是一个多参数的隐式类型转换：将{ 6, 6 }，隐式转换成了构造函数刚好接收两个参数的类Point，构造出了一个临时对象，然后将临时对象赋值给了p6，

由于编译器的优化行为，可能将p6的构造优化的和p5一样直接调用了Point的构造函数。

证明：

int main()
{//Point& p = { 1,2 };  //报错:“初始化”: 无法从“initializer list”转换为“Point &”const Point& p1 = { 1,2 };  //正确return 0;
}

因为临时变量有常性，所以我们无法直接将其赋给一个非常性的引用，而加了const就可以正常引用。
侧面证明了这是多参数的隐式类型转换。

至于报错中的initializer list是什么，暂且不管。

在堆上new对象也是同样原理：

//堆上new对象：
Point* po1 = new Point<int>{1, 2};                //new类对象，隐式类型转换
std::vector<int>* vec3 = new std::vector<int>{1, 2, 3, 4};    //new类对象，调用initializer_list参数构造函数

禁用类型转换

和单参数的隐式类型转换一样，如果我们不想隐式类型转换发生，我们可以在类的构造函数前加上explicit禁用类型装换：

class Point
{
public:explicit Point(int x, int y):_x(x), _y(y){}int _x;int _y;
};int main()
{Point p4(4, 4);Point p5{ 5,5 };//Point p6 = { 6, 6 };  //报错: "Point" 的复制列表初始化不能使用显式构造函数return 0;
}

（2）std::initializer_list

我们来看看上面v2和p6的初始化:

Point p6 = { 6, 6 };
//Point p6 = { 6, 6 ,6}; // 报错。
vector<int> v2 = { 1,2,3,4,5 };

它们都是利用{}初始化，两个有什么不同?他们用的是同一个语法吗?

很明显不是，因为我们清除vector内部的实现规则，{}中的值明显是给了vector中一个数组成员(实际是指针实现)初始化了。而我们Point后面的{}是给了两个成员初始化。
我们Point调的是构造为成员初始化，它的构造只需要两个参数，超过就会报错。但是我们vector可以用很多值，因为最终它是放到一个数组中的。

我们的p6是多参数隐式类型转换，那么v2是什么呢？

它其实也是调用构造函数，是这样实现的:
C++11中新增了一个类型initializer_list，编译器可以将直接写的常量列表{}识别成initializer_list类型。
然后我们的容器如vector，再去实现对应使用initializer_list初始化的构造函数，就实现了以上使用{}给容器初始化的现象。

注意，正常的给数组使用{}初始化并不使用initializer_list转换，而是 C++ 核心语言特性的一部分，换句话说就是编译器的行为：

Point p6 = { 6, 6 };
//栈上的数组：
Point p2[2]{ {1,1}, {2,2} };
//堆上new数组：
Point* pt = new Point[2]{ p6, p6 };    //initializer_list给数组一一初始化

至于为什么可以不加=，这是编译器的行为。

大概了解initializer_list

int main()
{auto il = { 10, 20 ,30 };cout << typeid(il).name() << endl;  //输出: class std::initializer_list<int>cout << sizeof(il) << endl;         //输出: 8return 0;
}

我们可以认为，initializer_list内部是用两个指针实现的，因为32位下地址大小为4字节，所以两个指针成员就是8字节。

常量数组识别成initializer_list，那么：编译器会想办法取到数组的开始地址和结尾地址给到initializer_list的成员（本质还是调用initializer_list的构造函数），这里是编译器特殊处理的，因为我们常量列表返回的并不是指针。

所以像我们上面出现的错误，就是因为编译器隐式类型转换不成功，从而尝试了转换成initializer_list而产生的报错。
而且由于数组列表被识别成了initializer_list，这样初始化不可以：
const int* p1 = { 1,2,3 }; //“初始化”: 无法从“initializer list”转换为“const int *”

容器实现接收initializer_list类型参数的构造函数和赋值重载函数

我们很多容器构造函数，C++11都支持了用initializer_list做参数的构造函数和赋值重载，就是为了支持我们的列表初始化。

如果我们给我们自己的类加上可以接收initializer_list参数类型的构造函数和赋值重载，那么我们的自己的类，就也可以使用{}初始化了。

template<class T>
class myVector {
public:typedef T* iterator;myVector(initializer_list<T> l){_start = new T[l.size()];_finish = _start + l.size();_endofstorage = _start + l.size();iterator vit = _start;typename initializer_list<T>::iterator lit = l.begin();while (lit != l.end()){*vit++ = *lit++;}//for (auto e : l)//   *vit++ = e;}myVector<T>& operator=(initializer_list<T> l) {myVector<T> tmp(l);std::swap(_start, tmp._start);std::swap(_finish, tmp._finish);std::swap(_endofstorage, tmp._endofstorage);return *this;}
private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage;
};

大括号给容器初始化元素的过程：编译器自动将常量列表转换为initializer_list类对象，然后根据去调用对应容器接收initializer_list参数的构造或者赋值重载。

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1.2 统一列表初始化的总结

统一列表初始化，可以给类初始化，也可以给容器元素初始化，也可以适用于new表达式中，也可以用于数组的元素初始化（不过不使用initializer_list）。
给类初始化是多参数的隐式类型转换；给容器初始化元素是编译器自动将常量列表转换成了initializer_list，各个容器再去支持使用initializer_list初始化或者赋值；
而用于原生数组的元素初始化，是 C++ 核心语言特性的一部分，并不转换为initializer_list。

有了统一列表初始化，就可以做到这种事：

map<string, string> dict = { {"sort","排序"},{"left","左边"}};

内层括号：是多参数隐式类型装换而成的pair类型。
外层括号：是一个pair列表转换的initializer_list，map有对应接收initializer_list类型参数的构造函数。

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2. 统一的声明

我们介绍的C++11中的第二个特性：统一的声明
C++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

2.1 auto

在C++98中auto是一个存储类型的说明符，表明变量是局部自动存储类型，但是局部域中定义局部的变量默认就是自动存储类型，所以auto就没什么价值了。C++11中废弃auto原来的用法，将其用于实现自动类型推断。这样要求必须进行显示初始化，让编译器可以自动的将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

int main() {int i = 10;auto p = &i; auto pf = strcpy;cout << typeid(p).name() << endl;cout << typeid(pf).name() << endl;map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };//map<string, string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();return 0;
}

2.2 decltype

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

// decltype的一些使用使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{decltype(t1 * t2) ret;cout << typeid(ret).name() << endl;
}
int main()
{const int x = 1;double y = 2.2;decltype(x * y) ret; // ret的类型是doubledecltype(&x) p;      // p的类型是int*cout << typeid(ret).name() << endl;cout << typeid(p).name() << endl;F(1, 'a');return 0;
}

decltype和auto区别就是，我们的auto一定要用一个类型推导并且必须为我们定义的新变量初始化，而我们的decltype，也可以推导一个类型去定义一个变量，并且可以不为我们的新变量初始化。

如有一些特殊场景:

我们需要只是单纯的定义一个变量

class A
{decltype(malloc) ptr;
};

类模板需要的类型

template<class T>
class B
{T _num;
};int main()
{int x = 1, y = 2;B<decltype(x * y)> b;return 0;
}

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总结

1. 统一列表初始化：

可以给类初始化，也可以给容器元素初始化，也可以适用于new表达式中，也可以用于数组的元素初始化（不过不使用initializer_list）。
给类初始化是多参数的隐式类型转换；给容器初始化元素是编译器自动将常量列表转换成了initializer_list，各个容器再去支持使用initializer_list初始化或者赋值；
而用于原生数组的元素初始化，是 C++ 核心语言特性的一部分，并不转换为initializer_list。

2. 统一的声明变量方式：

auto自动类型推导去定义变量
decltype自动推导表达式的类型去定义变量
都是编译器的行为。

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本文章为作者的笔记和心得记录，顺便进行知识分享，有任何错误请评论指点 😃。