using（別名）替代typedef

關(guān)鍵字

using

語(yǔ)法

別名聲明是具有下列語(yǔ)法的聲明：

using?標(biāo)識(shí)符?attr(可選)?=?類(lèi)型標(biāo)識(shí)?;?(1)

template?<?模板形參列表?>using?標(biāo)識(shí)符?attr(可選)?=?類(lèi)型標(biāo)識(shí)?;(2)?

attr(C++11)?-???可選的任意數(shù)量屬性的序列

標(biāo)識(shí)符?-???此聲明引入的名字，它成為一個(gè)類(lèi)型名?(1)?或一個(gè)模板名?(2)

模板形參列表??-???模板形參列表，同模板聲明

類(lèi)型標(biāo)識(shí)????-???抽象聲明符或其他任何合法的?類(lèi)型標(biāo)識(shí)（可以引入新類(lèi)型，如?類(lèi)型標(biāo)識(shí)?中所注明）。類(lèi)型標(biāo)識(shí)?不能直接或間接涉指?標(biāo)識(shí)符。注意，標(biāo)識(shí)符的聲明點(diǎn)處于跟在?類(lèi)型標(biāo)識(shí)?之后的分號(hào)處。

解釋

大家都知道，在 C++ 中可以通過(guò) typedef 重定義一個(gè)類(lèi)型：

typedef unsigned int uint_t;

被重定義的類(lèi)型并不是一個(gè)新的類(lèi)型，僅僅只是原有的類(lèi)型取了一個(gè)新的名字。因此，下面這樣將不是合法的函數(shù)重載：

void func(unsigned int);void func(uint_t); // error: redefinition

使用 typedef 重定義類(lèi)型是很方便的，但它也有一些限制，比如，無(wú)法重定義一個(gè)模板。

想象下面這個(gè)場(chǎng)景：

typedef?std::map<std::string,?int>?map_int_t;typedef std::map<std::string, std::string> map_str_t;

我們需要的其實(shí)是一個(gè)固定以 std::string 為 key 的 map，它可以映射到 int 或另一個(gè) std::string。然而這個(gè)簡(jiǎn)單的需求僅通過(guò) typedef 卻很難辦到。

因此，在 C++98/03 中往往不得不這樣寫(xiě)：

template <typename Val> struct str_map { typedef std::map<std::string, Val> type; }; // ... str_map<int>::type map1; // ...

一個(gè)雖然簡(jiǎn)單但卻略顯煩瑣的 str_map 外敷類(lèi)是必要的。這明顯讓我們?cè)趶?fù)用某些泛型代碼時(shí)非常難受。

現(xiàn)在，在 C++11 中終于出現(xiàn)了可以重定義一個(gè)模板的語(yǔ)法。請(qǐng)看下面的示例：

template <typename Val> using str_map_t = std::map<std::string, Val>; // ... str_map_t<int> map1;

這里使用新的 using 別名語(yǔ)法定義了 std::map 的模板別名 str_map_t。比起前面使用外敷模板加 typedef 構(gòu)建的 str_map，它完全就像是一個(gè)新的 map 類(lèi)模板，因此，簡(jiǎn)潔了很多。

實(shí)際上，using 的別名語(yǔ)法覆蓋了 typedef 的全部功能。先來(lái)看看對(duì)普通類(lèi)型的重定義示例，將這兩種語(yǔ)法對(duì)比一下：

// 重定義unsigned int typedef unsigned int uint_t; using uint_t = unsigned int; // 重定義std::map typedef std::map<std::string, int> map_int_t; using map_int_t = std::map<std::string, int>;

可以看到，在重定義普通類(lèi)型上，兩種使用方法的效果是等價(jià)的，唯一不同的是定義語(yǔ)法。

typedef 的定義方法和變量的聲明類(lèi)似：像聲明一個(gè)變量一樣，聲明一個(gè)重定義類(lèi)型，之后在聲明之前加上 typedef 即可。這種寫(xiě)法凸顯了 C/C++ 中的語(yǔ)法一致性，但有時(shí)卻會(huì)增加代碼的閱讀難度。比如重定義一個(gè)函數(shù)指針時(shí)：

typedef void (*func_t)(int, int);

與之相比，using 后面總是立即跟隨新標(biāo)識(shí)符（Identifier），之后使用類(lèi)似賦值的語(yǔ)法，把現(xiàn)有的類(lèi)型（type-id）賦給新類(lèi)型：

using func_t = void (*)(int, int);

從上面的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，C++11 的 using 別名語(yǔ)法比 typedef 更加清晰。因?yàn)?typedef 的別名語(yǔ)法本質(zhì)上類(lèi)似一種解方程的思路。而 using 語(yǔ)法通過(guò)賦值來(lái)定義別名，和我們平時(shí)的思考方式一致。

下面再通過(guò)一個(gè)對(duì)比示例，看看新的 using 語(yǔ)法是如何定義模板別名的。

/* C++98/03 */ template <typename T> struct func_t { typedef void (*type)(T, T); }; // 使用 func_t 模板 func_t<int>::type xx_1; /* C++11 */ template <typename T> using func_t = void (*)(T, T); // 使用 func_t 模板 func_t<int> xx_2;

從示例中可以看出，通過(guò) using 定義模板別名的語(yǔ)法，只是在普通類(lèi)型別名語(yǔ)法的基礎(chǔ)上增加 template 的參數(shù)列表。使用 using 可以輕松地創(chuàng)建一個(gè)新的模板別名，而不需要像 C++98/03 那樣使用煩瑣的外敷模板。

需要注意的是，using 語(yǔ)法和 typedef 一樣，并不會(huì)創(chuàng)造新的類(lèi)型。也就是說(shuō)，上面示例中 C++11 的 using 寫(xiě)法只是 typedef 的等價(jià)物。雖然 using 重定義的 func_t 是一個(gè)模板，但 func_t<int> 定義的 xx_2 并不是一個(gè)由類(lèi)模板實(shí)例化后的類(lèi)，而是 void(*)(int, int) 的別名。

因此，下面這樣寫(xiě)：

void foo(void (*func_call)(int, int));void foo(func_t<int> func_call); // error: redefinition

同樣是無(wú)法實(shí)現(xiàn)重載的，func_t<int> 只是 void(*)(int, int) 類(lèi)型的等價(jià)物。

細(xì)心的讀者可以發(fā)現(xiàn)，using 重定義的 func_t 是一個(gè)模板，但它既不是類(lèi)模板也不是函數(shù)模板（函數(shù)模板實(shí)例化后是一個(gè)函數(shù)），而是一種新的模板形式：模板別名（alias template）。

其實(shí)，通過(guò) using 可以輕松定義任意類(lèi)型的模板表達(dá)方式。比如下面這樣：

template <typename T>using type_t = T;// ...type_t<int> i;

type_t 實(shí)例化后的類(lèi)型和它的模板參數(shù)類(lèi)型等價(jià)。這里，type_t<int> 將等價(jià)于 int。

?

range based for

熟悉C#或者python的人都知道在C#和python中存在一種for的使用方法不需要明確給出容器的開(kāi)始和結(jié)束條件，就可以遍歷整個(gè)容器。C++11吸取了他們的優(yōu)點(diǎn)，引入了這種方法也就是基于范圍的For（Range-Based-For）。

值得一說(shuō)的是，如果沒(méi)有range-based-for，我們還是可以遍歷容器的。它是對(duì)for的擴(kuò)展。

比如C98時(shí)候我們可以這樣：

int arr[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };for (int i = 0; i < 10; i++) cout << arr[i];

或者遍歷容器，這樣：

std::vector<int> vec {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};for?(std::vector<int>::iterator?itr?=?vec.begin();?itr?!=?vec.end();?itr++) std::cout << *itr;

不過(guò)有了C++11， 我們就可以這樣：

std::vector<int> vec {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};for?(auto?n?:vec) std::cout << n; int?arr[10]?=?{?1,?2,?3,?4,?5,?6,?7,?8,?9,?10?};for?(auto?n?:?arr)????std::cout?<<?n;

乍一看，是不是顯得代碼非常簡(jiǎn)潔？確實(shí)，這可能也是為啥引入這個(gè)概念。不過(guò)我覺(jué)得range-based-for最主要的作用可能就是“一統(tǒng)江湖”。有了它，不管你是數(shù)組，map，vector還是其他容器， 都可以用它來(lái)遍歷。

下面看看它的語(yǔ)法以及解釋：

//語(yǔ)法屬性(可選) for ( 范圍聲明 : 范圍表達(dá)式 ) 循環(huán)語(yǔ)句//解釋{ auto && __range = 范圍表達(dá)式 ; for (auto __begin = 首表達(dá)式, __end = 尾表達(dá)式 ; __begin != __end; ++__begin) { 范圍聲明 = *__begin; 循環(huán)語(yǔ)句 }}

range-based-for看起來(lái)那么美好，其實(shí)在應(yīng)用的時(shí)候還是要有一些需要注意的事情：

range-base-for 默認(rèn)是只讀遍歷，也就是說(shuō)下邊的例子

std::vector<int> vec {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; cout << "修改前" << endl; for (auto n :vec) std::cout << n++; cout << endl; cout << "修改后" << endl; for (auto j : vec) std::cout << j; // 輸出：修改前12345678910修改后12345678910

這也許并不是我們想要的，如果要修改就要將遍歷的變量聲明為引用型。

也就是將代碼改成這樣：

for (auto& n :vec) std::cout << n++;

2. 在遍歷容器的時(shí)候，auto自動(dòng)推導(dǎo)的類(lèi)型是容器的value_type類(lèi)型，而不是迭代器。

之前提過(guò)range-based-for的實(shí)現(xiàn)方式，其中有范圍表達(dá)式是自動(dòng)推導(dǎo)的

auto && __range = 范圍表達(dá)式 ;

舉個(gè)例子，如果你遍歷的容器是map，那么value_type是std::pair，也就是說(shuō)val的類(lèi)型是std::pair類(lèi)型的，因此需要使用val.first,val.second來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

std::map<string, int> map = { { "a", 1 }, { "b", 2 }, { "c", 3 } }; for (auto &val : map) cout << val.first << "->" << val.second << endl;

此外，使用基于范圍的for循環(huán)還要注意一些容器類(lèi)本身的約束，比如set的容器內(nèi)的元素本身有容器的特性就決定了其元素是只讀的，哪怕的使用了引用類(lèi)型來(lái)遍歷set元素，也是不能修改器元素的，看下面例子：

set<int> ss = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }; for (auto& n : ss) cout << n++ << endl;

3. 不能迭代的時(shí)候修改容器， 下面的代碼運(yùn)行時(shí)候可能崩潰。

vector<int> vec = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }; int main(){ for (auto &n : vec) { cout << n << endl; vec.push_back(7); }}

由于在遍歷容器的時(shí)候，在容器中插入一個(gè)元素導(dǎo)致迭代器失效了，因此，基于范圍的for循環(huán)和普通的for循環(huán)一樣，在遍歷的過(guò)程中如果修改容器，會(huì)造成迭代器失效。

4. 循環(huán)陷阱

說(shuō)這個(gè)問(wèn)題之前，還是要把它的實(shí)現(xiàn)再次粘貼過(guò)來(lái)（C++17以前）：

{ auto && __range = 范圍表達(dá)式 ; for (auto __begin = 首表達(dá)式, __end = 尾表達(dá)式 ; __begin != __end; ++__begin) { 范圍聲明 = *__begin; 循環(huán)語(yǔ)句 }}

舉個(gè)例子：

#include <iostream>#include <string> using namespace std; struct MyClass{ string text = "MyClass"; string& getText() { return text; }}; int main(){ for (auto ch : MyClass().text) { cout << ch; } cout << endl;}

輸出結(jié)果就是

MyClass

但是我們把代碼改成下邊的樣子， 結(jié)果什么都不會(huì)輸出，程序直接退出

for (auto ch : MyClass().getText()) { cout << ch; }

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢？答案就在于range-based-for實(shí)現(xiàn)的時(shí)候有這樣一句話(huà)：

auto && __range = 范圍表達(dá)式 ;

如果“范圍表達(dá)式”返回臨時(shí)量，則其生存期被延續(xù)到循環(huán)結(jié)尾，如綁定到轉(zhuǎn)發(fā)引用?__range?所示，要注意的是“范圍表達(dá)式”中任何臨時(shí)量生存期都不被延長(zhǎng)。

for (auto& x : foo().items()) { /* .. */ } // 若 foo() 返回右值則為未定義行為

原始的例子中，range_expression是 "MyClass().text"，MyClass()是臨時(shí)對(duì)象，同時(shí) "MyClass()" 這個(gè)表達(dá)式是右值。所以，"MyClass().text" 這個(gè)表達(dá)式也是右值，"MyClass().text" 這個(gè)對(duì)象是臨時(shí)對(duì)象中的一部分。所以，在 "auto && __range = range_expression;" 這個(gè)語(yǔ)句中，auto會(huì)被推導(dǎo)為 "std::string"。初始化右值引用為臨時(shí)對(duì)象的一部分時(shí)，可以延長(zhǎng)整個(gè)臨時(shí)對(duì)象的生存期，在引用被銷(xiāo)毀時(shí)臨時(shí)對(duì)象才會(huì)被銷(xiāo)毀。所以for循環(huán)可以正常執(zhí)行。

但是在修改過(guò)后，range_expression是 "MyClass().getText()"。同樣地，MyClass()是臨時(shí)對(duì)象，"MyClass()" 這個(gè)表達(dá)式是右值。但是 "getText()" 的返回類(lèi)型為 "string&"，所以，"MyClass().getText()" 這個(gè)表達(dá)式是左值。所以，在 "auto && __range = range_expression;" 這個(gè)語(yǔ)句中，auto會(huì)被推導(dǎo)為 "string &"，語(yǔ)句等價(jià)于 "string & __range = range_expression;" 。雖然"MyClass().getText()" 這個(gè)對(duì)象是臨時(shí)對(duì)象中的一部分，但是在初始化非const的左值引用時(shí)，不會(huì)延長(zhǎng)臨時(shí)對(duì)象的生存期，所以在這個(gè)初始化語(yǔ)句結(jié)束的同時(shí)MyClass()這個(gè)臨時(shí)對(duì)象就被銷(xiāo)毀了，__range成為了野引用，所以后面的循環(huán)語(yǔ)句可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存錯(cuò)誤。

要解決這個(gè)問(wèn)題，可以利用C++20 “初始化語(yǔ)句”變通解決：

for (T thing = foo(); auto& x : thing.items()) { /* ... */ } // OK

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的using（别名）和range based for的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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