【C++】踏上C++学习之旅（五）：auto、范围for以及nullptr的精彩时刻（C++11）

前言

本文我了解一下C++11新特性的auto、范围for以及nullptr给我们的编程带来了什么样的好处，以及我们在特定的场景该如何使用它们。

温馨提示：本文所讲到的C++11（2011年）和C++98（1998年）均为C++编译器的版本。

OK，让我们一起探索这些auto、范围for以及nullptr背后的秘密。

1. auto关键字（C++11）

这里需要说明的一点是，在C++98就已经有auto这个关键字了。不过在C++98的做法中，它将auto关键字视作一个存储类型的指示符。换句话说，只要是在C++98中使用auto关键字定义的变量就是一个具有自动存储器功能的局部变量 – 待补充

1.1 为什么要有auto关键字

这就要往类型别名的方向去思考这个问题。

想一个现象，随着我们越学到后面，代码就会变得愈加复杂，伴随的是声明类型的长度也会增加，这个就会导致两个问题：

1. 类型难以拼写；
2. 类型含义不明确导致出错。

这么说可能有点干巴，下面我来展示一段代码（这个是大家以后学习C++要用到的）：

#include<iostream>
#include<string>
#include<map>
#include<vector>
using namespace std;

int main()
{
	std::map<std::string, std::string> m{ {"apple","苹果"},{"orange","橙子"},{"pear","梨"} };

	std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();

	while (it != m.end())
	{
		//...
	}
	return 0;
}

上面的std::map<std::string, std::string>和 std::map<std::string, std::string>::iterator，这两个类型够长吧，即使你能记得住，如果有很多地方都要定义的话，我估计你的键盘可能会敲冒烟。

那有的人就会这么想，那我可以用typedef来给这些长的类型起一个别名，比如下面这样：

#include<iostream>
#include<string>
#include<map>
#include<vector>
using namespace std;
typedef std::map<std::string, std::string>  Map;

int main()
{
	Map m{ {"apple","苹果"},{"orange","橙子"},{"pear","梨"} };

	Map::iterator it = m.begin();

	while (it != m.end())
	{
		//...
	}
	return 0;
}

这个方法确实是可以的，但是你能确保在庞大的代码量面前，你能十分的明确Map这个类型所代表的具体含义吗？本人觉得这是一件很难的事，另外用typedef关键字，还有个重要的细节：

#include<iostream>
using namespace std;

typedef int* int_ptr;
int main()
{
	int num1 = 66,num2 = 88;
	//写法1：
	int_ptr a = &num1 , b = &num2;
	//写法2：
	int_ptr a = &num1 , *b = &num2;
	//以上两种写法那个是正确的？
}

答案：写法一是正确的。

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int num1 = 66,num2 = 88;
	//写法1：
	int* a = &num1 , b = &num2;
	//写法2：
	int* a = &num1 , *b = &num2;
	//以上两种写法那个是正确的？
}

答案：写法二是正确的。

如果你上面两道题目做对了一道的话，那我想auto关键字就很适合你使用了！

1.2 auto关键字的使用方式

🍉auto 变量名 = 值;
🍇编译器在编译的过程看到auto就会根据赋值符号右边的表达式推导出出变量名的类型！

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	auto a = 's';
	auto b = 66;
	auto c = 520.13f;
	auto d = 0.1314;

	//auto也可以推导出表达式的值的数据类型
	auto tmp = b + d;

	//我们可以用typdeid(变量名).name()
	cout << typeid(a).name() << endl;
	cout << typeid(b).name() << endl;
	cout << typeid(c).name() << endl;
	cout << typeid(d).name() << endl;
	cout << typeid(tmp).name() << endl;

	return 0;
}

[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&。

	//auto*和auto用来代表指针类型都是一样的，但是如果我们要用引用的话，就必须在auto后面加上&。
	int a = 10;
	int b = 66;
	int c = 88;

	auto* pa = &a;
	auto pb = &b;
	auto& ic = c;

	cout << typeid(pa).name() << endl;
	cout << typeid(pb).name() << endl;
	cout << typeid(ic).name() << endl;

	return 0;

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。

void TestAuto()
{
	auto a = 10, b = 20;
	auto c = 3, d = 4.0; //该行代码会编译失败，因为c和d的初始表达式类型不同
}

1.4 auto不能推导的场景

1. auto不能作为函数的形参

// 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
void TestAuto(auto a)
{}

2. auto不能直接声明数组

void TestAuto()
{
    int a[] = {1,2,3};
    auto b[] = {4，5，6}; //会报错
}

好了，到这里auto关键字的用法也了解的差不多了。那么接下来我们再来看看C++的一个"语法糖"——“范围for”！

2. 基于范围的for循环（C++11）

2.1 范围for的语法

我们在C++98中如果要遍历一个数组，是这样做的：

void TestFor()
{
	int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
	for(int i = 0 ; i < sizeof(arr) / sizeof(int); ++i)
	{
		cout<< arr[i] << ' ';
	}
	cout << endl;
	
	for(int* p = arr; p < arr + sizeof(arr)/sizeof(int); p++)
	{
		cout << *p << ' ';
	}
	cout << endl;
	
}

==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。

void TestFor()
{
	int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	for(auto& e : array)
    	e *= 2;
	for(auto e : array)
     	cout << e << " ";
	return 0;
}

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

void TestFor(int array[])
{
    for(auto& e : array)
        cout<< e <<endl;
}

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)

范围for比较简单，只要求会用就可以了。那接下来再来讲讲另一个关键字"nullptr"！

3. 指针空值nullptr（C++11）

3.1 为什么会有nullptr这个关键字？

有的读者可能会诧异，不是说C++兼容C语言吗？那我们就直接用C语言的NULL作为来表示指针空值就行了啊，为什么C++还要单独再弄一个nullptr关键字出来呢？

我们可以查看C++下的NULL：
在main函数中敲一个NULL，之后点击鼠标右键，然后点击"转到定义"。

NULL定义的地方：

可以看到的是NULL在cpp文件中是字面常量0

如果我们要是在C++中用NULL，可能会遇到一些麻烦，比如下面的这段代码：

void f(int)
{
	cout << "void f(int)" << endl;
}

void f(int*)
{
	cout << "void f(int*)" << endl;
}

int main()
{
	f(0);
	f(NULL);
	f((int*)NULL);
}

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。

好了，到这里，你感受到了auto、范围for和nullptr的魅力了吗？

如果觉得本文写的不错的话，麻烦给偶点个赞吧！！！