特洛伊之力

C++ 中的auto关键字

在 C++ 中，auto关键字是 C++11 引入的一项强大特性，用于声明数据类型可被推断的变量。 编译器会根据变量的初始化值推断出变量的类型，这能让代码更易读、更易维护。

用法示例

看看下面这个例子，其中用auto来声明变量：

auto dragon_population{3};          // dragon_population is deduced as an integer
auto westeros{7.7777};              // westeros is deduced as a double
auto wedding_location{"The Twins"}; // wedding_location is deduced as a const char*, not std::string

每一种情况下，变量的类型都由初始化它的那个值推断出来。

类型推断

auto关键字减少了显式类型的冗长写法，帮助我们写出更简洁、更易读的代码。

const std::vector<std::string> pigeon_pie{"flour", "butter", "pigeon", "salt"};
auto purple_wedding_pie{pigeon_pie};
purple_wedding_pie.emplace_back("the strangler");

在这个循环中，auto把purple_wedding_pie的类型推断为std::vector<std::string>，省去了再次显式写出类型。

兼容性

auto关键字与各种 C++ 结构都兼容，因此它是现代 C++ 编程中一件多才多艺的工具。

auto& element{array[0]};           // reference to an element
const auto object{otherObject};    // const type version of otherObject's type
auto* ptr{&x};                     // pointer to x with the same type as x, but as a pointer.

在后面的概念中，我们会经常看到auto关键字与 lambda 表达式、基于范围的for循环以及迭代器一起出现。

智能指针

智能指针是现代 C++ 的一项特性，用于提供自动内存管理，帮助避免内存泄漏和悬空指针，这些通常是裸指针容易出现的问题。 它们相当于对裸指针的封装，额外增加了自动释放内存等功能，指针不再需要时就会自动释放内存。

一般语法

智能指针在 C++ 标准库中通常以类模板的形式实现。 最常用的两个智能指针是std::unique_ptr和std::shared_ptr。

独占指针

std::unique_ptr是一种独占对象所有权的智能指针。 它确保在任何时刻，只有一个std::unique_ptr对象拥有该资源。 当拥有资源的std::unique_ptr被销毁或被重置时，它会自动析构对象并释放其内存。

#include <memory>
// Declaring and defining a unique pointer
auto rightful_king_of_england = std::make_unique<std::string>("Excalibur");

// Unique pointers cannot be copied or assigned
auto mordred = rightful_king_of_england; // Error: Cannot copy a unique_ptr

std::make_unique()的优势

创建std::unique_ptr时，最好使用std::make_unique()，而不是直接用new分配内存。 std::make_unique()带来了几个好处：

1. 异常安全：std::make_unique()保证异常安全。 如果在对象构造期间抛出异常，内存会被自动释放，从而避免内存泄漏。
2. 清晰：使用std::make_unique()能让代码更清晰、更简洁。 由于模板实参会自动推断，它省去了显式指定所分配类型的麻烦。
3. 优化机会：相比用new手动分配内存，编译器有机会更有效地优化std::make_unique()，从而有可能提升性能。
4. 避免误用：手动构造std::unique_ptr时，是有可能删除底层资源的。 而当std::unique_ptr在其作用域结束时试图删除它，就会导致未定义行为。

共享指针

std::shared_ptr是一种允许多个std::shared_ptr对象共享同一资源所有权的智能指针。 它会记录有多少个共享指针正在引用该资源，只有当最后一个拥有该资源的共享指针离开作用域或被重置时，才会释放内存。

// Declaring and defining a shared pointer to a dynamically allocated string
auto martian_congressional_republic = std::make_shared<std::string>("protomolecule");

// Creating more shared pointer that shares ownership
auto outer_planets_alliance = martian_congressional_republic;
auto united_nations = martian_congressional_republic;

std::make_shared()的优势

与std::make_unique()类似，std::make_shared()也带来了更高的内存效率、异常安全和更好的可读性等好处。 它把控制块和被管理对象的内存分配合并为一次操作，从而提升效率并降低内存泄漏的风险。 此外，模板实参的自动推断简化了代码，也提升了可读性。 在 C++ 中使用std::shared_ptr对象时，使用std::make_shared()有助于写出更整洁、更安全、更高效的代码。

使用建议

默认使用智能指针：独占所有权用std::unique_ptr，共享所有权用std::shared_ptr。 裸指针则留给不拥有所有权的引用，或者用在与遗留代码交互的地方。 大多数情况下，std::unique_ptr就足以应付独占所有权，因为它提供轻量的内存管理，没有引用计数的额外开销。 除非确实需要共享所有权，否则应少用std::shared_ptr，因为它会带来额外开销和复杂性。