• C++学习随笔（3）——auto和for

    本章我们来学习一下C++中的神奇的auto和for，此外，我们补充一下C++中代表空指针的关键字。

    目录

    1. auto关键字(C++11)

    1.1 类型别名思考

    1.2 auto简介

    1.3 auto的使用细则

    （1）auto与指针和引用结合起来使用

    （2） 在同一行定义多个变量

    1.4 auto不能推导的场景

    2. 基于范围的for循环(C++11)

    2.1 范围for的语法

    2.2 范围for的使用条件

    补充：

    3. 指针空值nullptr(C++11)

    3.1 C++98中的指针空值

    1. auto关键字(C++11)

    1.1 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 
    1. #include 
    2. #include 
    3. int main()
    4. {
    5.      std::map m{ { "apple", "苹果" }, { "orange", "橙子" }, 
    6.        {"pear","梨"} };
    7.      std::map::iterator it = m.begin();
    8.      while (it != m.end())
    9.      {
    10.          //....
    11.      }
    12.      return 0;
    13. }
    std::map::iterator 是一个类型，但是该类型太长了，特别容易写错。可以通过typedef 给类型取别名来解决，比如： 
    1. #include 
    2. #include 
    3. typedef std::map Map;
    4. int main()
    5. {
    6.      Map m{ { "apple", "苹果" },{ "orange", "橙子" }, {"pear","梨"} };
    7.      Map::iterator it = m.begin();
    8.      while (it != m.end())
    9.      {
    10.          //....
    11.      }
    12.      return 0;
    13. }
    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： 
    1. typedef char* pstring;
    2. int main()
    3. {
    4.      const pstring p1;    // 编译成功还是失败？
    5.      const pstring* p2;   // 编译成功还是失败？
    6.      return 0;
    7. }
    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。

    1.2 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，大家可思考下为什么？
            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 。 
    1. int TestAuto()
    2. {
    3. return 10;
    4. }
    5. int main()
    6. {
    7.     int a = 10;
    8.     auto b = a;
    9.     auto c = 'a';
    10.     auto d = TestAuto();
    11.     cout << typeid(b).name() << endl;
    12.     cout << typeid(c).name() << endl;
    13.     cout << typeid(d).name() << endl;
    14.     //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
    15.     return 0;
    16. }
    【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 。

    1.3 auto的使用细则

    （1）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 & 
    1. int main()
    2. {
    3.     int x = 10;
    4.     auto a = &x;
    5.     auto* b = &x;
    6.     auto& c = x;
    7.     cout << typeid(a).name() << endl;
    8.     cout << typeid(b).name() << endl;
    9.     cout << typeid(c).name() << endl;
    10.     *a = 20;
    11.     *b = 30;
    12.      c = 40;
    13.     return 0;
    14. }

    （2） 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 。 
    1. void TestAuto()
    2. {
    3.     auto a = 1, b = 2; 
    4.     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
    5. }

    1.4 auto不能推导的场景

    （1）  auto 不能作为函数的参数 
    1. // 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
    2. void TestAuto(auto a)
    3. {}
    （2）  auto 不能直接用来声明数组 
    1. void TestAuto()
    2. {
    3.     int a[] = {1,2,3};
    4.     auto b[] = {4，5，6};
    5. }
    （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。

    2. 基于范围的for循环(C++11)

    2.1 范围for的语法

    在 C++98 中如果要遍历一个数组，可以按照以下方式进行： 
    1. void TestFor()
    2. {
    3.     int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    4.     for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i)
    5.          array[i] *= 2;
    6.     for (int* p = array; p < array + sizeof(array)/ sizeof(array[0]); ++p)
    7.          cout << *p << endl;
    8. }
            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 。 
    1. void TestFor()
    2. {
    3.         int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    4.         for(auto& e : array)
    5.             e *= 2;
    6.         for(auto e : array)
    7.             cout << e << " ";
    8.         return 0;
    9. }
    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 。

    2.2 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 
    1. void TestFor(int array[])
    2. {
    3.     for(auto& e : array)
    4.         cout<< e <
    5. }
    （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，没办法
    讲清楚，现在大家了解一下就可以了 )

    补充：

    3. 指针空值nullptr(C++11)

    3.1 C++98中的指针空值

            在良好的C/C++ 编程习惯中，声明一个变量时最好给该变量一个合适的初始值，否则可能会出现不可预料的错误，比如未初始化的指针。如果一个指针没有合法的指向，我们基本都是按照如下方式对其进行初始化： 
    1. void TestPtr()
    2. {
    3.     int* p1 = NULL;
    4.     int* p2 = 0;
    5.     // ……
    6. }
    NULL 实际是一个宏，在传统的 C 头文件 (stddef.h) 中，可以看到如下代码： 
    1. #ifndef NULL
    2. #ifdef __cplusplus
    3. #define NULL   0
    4. #else
    5. #define NULL   ((void *)0)
    6. #endif
    7. #endif

    可以看到，NULL可能被定义为字面常量0，或者被定义为无类型指针(void*)的常量。不论采取何种定义，在使用空值的指针时，都不可避免的会遇到一些麻烦，比如： 

    1. void f(int)
    2. {
    3.      cout<<"f(int)"<
    4. }
    5. void f(int*)
    6. {
    7.      cout<<"f(int*)"<
    8. }
    9. int main()
    10. {
    11.      f(0);
    12.      f(NULL);
    13.      f((int*)NULL);
    14.      return 0;
    15. }

    程序本意是想通过f(NULL)调用指针版本的f(int*)函数，但是由于NULL被定义成0，因此与程序的 初衷相悖。

    在 C++98 中，字面常量 0 既可以是一个整形数字，也可以是无类型的指针 (void*) 常量，但是编译器默认情况下将其看成是一个整形常量，如果要将其按照指针方式来使用，必须对其进行强转(void*)0。
    注意：
            1. 在使用 nullptr 表示指针空值时，不需要包含头文件，因为 nullptr 是 C++11 作为新关键字引入 的 。
             2. 在C++11 中， sizeof(nullptr) 与 sizeof((void*)0) 所占的字节数相同。
            3. 为了提高代码的健壮性，在后续表示指针空值时建议最好使用 nullptr 。
           
    本章完！
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