Troy 的力量

C++ 中的 auto 關鍵字

在 C++ 中，auto關鍵字是 C++11 引入的強大功能，用來宣告型別會被推導出來的變數。 編譯器會根據初始值推導出變數的型別，讓程式碼更好讀、也更好維護。

使用範例

看看下面這個用auto宣告變數的例子：

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

每一個例子裡，變數的型別都是從初始化時所用的值推導出來的。

型別推導

auto關鍵字能減少明寫型別的冗長感，讓程式碼更精簡、更好讀。

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

在這段迴圈中，auto把purple_wedding_pie的型別推導為std::vector<std::string>，不必再明寫一次型別。

相容性

auto關鍵字能與各種 C++ 結構搭配，是現代 C++ 程式設計中用途廣泛的工具。

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.

之後的單元裡，我們會經常看到auto關鍵字搭配 lambda 運算式、以範圍為基礎的for迴圈，以及迭代器。

智慧指標

智慧指標是現代 C++ 的功能，目的是提供自動記憶體管理，協助避免原生指標常見的記憶體洩漏和懸空指標。 它們像是原生指標的包裝，額外提供自動釋放記憶體等功能，在指標不再需要時自動把記憶體釋放掉。

一般語法

智慧指標在 C++ 標準函式庫中通常以類別模板實作。 最常用的兩種智慧指標是std::unique_ptr和std::shared_ptr。

獨佔指標

std::unique_ptr是一種獨佔物件所有權的智慧指標。 它確保在任何時刻，資源都只由一個std::unique_ptr物件所擁有。 當擁有資源的std::unique_ptr被銷毀或重置時，它會自動解構物件並釋放記憶體。

#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() 的優點

建立std::unique_ptr時，建議使用std::make_unique()，而不是直接用new配置記憶體。 std::make_unique()有幾項優點：

1. 例外安全：std::make_unique()能保證例外安全。 如果在建構物件期間拋出例外，記憶體會自動被釋放，避免記憶體洩漏。
2. 清楚明瞭：使用std::make_unique()讓程式碼更清楚、更精簡。 它不必明寫要配置的型別，因為模板引數會自動推導出來。
3. 最佳化機會：比起用new手動配置記憶體，編譯器更有機會有效最佳化std::make_unique()，效能可能因此提升。
4. 避免誤用：手動建構std::unique_ptr時，有可能把底層資源刪除掉。 當std::unique_ptr在離開作用域時試圖刪除它，就會導致未定義行為。

共享指標

std::shared_ptr是一種智慧指標，允許讓多個std::shared_ptr物件共享同一個資源的所有權。 它會追蹤有多少個共享指標正在引用這個資源，只有在最後一個擁有該資源的共享指標離開作用域或被重置時，才會釋放記憶體。

// 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() 的優點

和std::make_unique()類似，std::make_shared()也帶來記憶體效率提升、例外安全和可讀性等好處。 它把控制區塊和受管理物件的記憶體配置合併成一次操作，提升效率並降低記憶體洩漏的風險。 此外，自動推導模板引數能簡化程式碼並提升可讀性。 在 C++ 中操作std::shared_ptr物件時，使用std::make_shared()能寫出更簡潔、更安全、更有效率的程式碼。

使用建議

預設使用智慧指標：獨佔所有權用std::unique_ptr，共享所有權用std::shared_ptr。 原生指標則保留給不具所有權的引用，或與舊有程式碼介接時使用。 大多數情況下，std::unique_ptr就足以處理獨佔所有權，因為它提供輕量的記憶體管理，沒有引用計數的額外負擔。 std::shared_ptr則應謹慎少用，因為除非真的需要共享所有權，否則它會帶來額外負擔和複雜度。