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item4

条款四：学会查看类型推导结果

Item 4: Know how to view deduced types

选择使用工具查看类型推导，取决于软件开发过程中你想在哪个阶段显示类型推导信息。我们探究三种方案：在你编辑代码的时候获得类型推导的结果，在编译期间获得结果，在运行时获得结果。

IDE 编辑器

在 IDE 中的代码编辑器通常可以显示程序代码中变量，函数，参数的类型，你只需要简单的把鼠标移到它们的上面，举个例子，有这样的代码中：

const int theAnswer = 42;

auto x = theAnswer;
auto y = &theAnswer;

IDE 编辑器可以直接显示 x 推导的结果为 int，y 推导的结果为 const int*。

为此，你的代码必须或多或少的处于可编译状态，因为 IDE 之所以能提供这些信息是因为一个 C++ 编译器（或者至少是前端中的一个部分）运行于 IDE 中。如果这个编译器对你的代码不能做出有意义的分析或者推导，它就不会显示推导的结果。

对于像 int 这样简单的推导，IDE 产生的信息通常令人很满意。正如我们将看到的，如果更复杂的类型出现时，IDE 提供的信息就几乎没有什么用了。

编译器诊断

另一个获得推导结果的方法是使用编译器出错时提供的错误消息。这些错误消息无形的提到了造成我们编译错误的类型是什么。

举个例子，假如我们想看到之前那段代码中 x 和 y 的类型，我们可以首先声明一个类模板但 不定义。就像这样：

template<typename T>                //只对TD进行声明
class TD;                           //TD == "Type Displayer"

如果尝试实例化这个类模板就会引出一个错误消息，因为这里没有用来实例化的类模板定义。为了查看 x 和 y 的类型，只需要使用它们的类型去实例化 TD：

TD<decltype(x)> xType;              //引出包含x和y
TD<decltype(y)> yType;              //的类型的错误消息

我使用 variableNameType 的结构来命名变量，因为这样它们产生的错误消息可以有助于我们查找。对于上面的代码，我的编译器产生了这样的错误信息，我取一部分贴到下面：

error: aggregate 'TD<int> xType' has incomplete type and 
        cannot be defined
error: aggregate 'TD<const int *> yType' has incomplete type and
        cannot be defined

另一个编译器也产生了一样的错误，只是格式稍微改变了一下：

error: 'xType' uses undefined class 'TD<int>'
error: 'yType' uses undefined class 'TD<const int *>'

除了格式不同外，几乎所有我测试过的编译器都产生了这样有用的错误消息。

运行时输出

使用 printf 的方法使类型信息只有在运行时才会显示出来（尽管我不是非常建议你使用 printf），但是它提供了一种格式化输出的方法。现在唯一的问题是只需对于你关心的变量使用一种优雅的文本表示。“这有什么难的，“你这样想，”这正是 typeid 和 std::type_info::name 的价值所在”。为了实现我们想要查看 x 和 y 的类型的需求，你可能会这样写：

std::cout << typeid(x).name() << '\n';  //显示x和y的类型
std::cout << typeid(y).name() << '\n';

这种方法对一个对象如 x 或 y 调用 typeid 产生一个 std::type_info 的对象，然后 std::type_info 里面的成员函数 name() 来产生一个 C 风格的字符串（即一个 const char*）表示变量的名字。

调用 std::type_info::name 不保证返回任何有意义的东西，但是库的实现者尝试尽量使它们返回的结果有用。实现者们对于“有用”有不同的理解。举个例子，GNU 和 Clang 环境下 x 的类型会显示为”i“，y 会显示为”PKi“，这样的输出你必须要问问编译器实现者们才能知道他们的意义：”i“表示”int“，”PK“表示”pointer to ~~konst~~ const“（指向常量的指针）。（这些编译器都提供一个工具 c++filt，解释这些“混乱的”类型）Microsoft 的编译器输出得更直白一些：对于 x 输出”int“对于 y 输出”int const *“

因为对于 x 和 y 来说这样的结果是正确的，你可能认为问题已经接近了，别急，考虑一个更复杂的例子：

template<typename T>                    //要调用的模板函数
void f(const T& param);

std::vector<Widget> createVec();        //工厂函数

const auto vw = createVec();            //使用工厂函数返回值初始化vw

if (!vw.empty()){
    f(&vw[0]);                          //调用f
    …
}

在这段代码中包含了一个用户定义的类型 Widget，一个 STL 容器 std::vector 和一个 auto 变量 vw，这个更现实的情况是你可能在会遇到的并且想获得他们类型推导的结果，比如模板类型形参 T，比如函数 f 形参 param。

从这里中我们不难看出 typeid 的问题所在。我们在 f 中添加一些代码来显示类型：

template<typename T>
void f(const T& param)
{
    using std::cout;
    cout << "T =     " << typeid(T).name() << '\n';             //显示T

    cout << "param = " << typeid(param).name() << '\n';         //显示
    …                                                           //param
}                                                               //的类型

GNU 和 Clang 执行这段代码将会输出这样的结果

T =     PK6Widget
param = PK6Widget

我们早就知道在这些编译器中 PK 表示“pointer to const”，所以只有数字 6 对我们来说是神奇的。其实数字是类名称（Widget）的字符串长度，所以这些编译器告诉我们 T 和 param 都是 const Widget*。

Microsoft 的编译器也同意上述言论：

T =     class Widget const *
param = class Widget const *

这三个独立的编译器产生了相同的信息并表示信息非常准确，当然看起来不是那么准确。在模板 f 中，param 的声明类型是 const T&。难道你们不觉得 T 和 param 类型相同很奇怪吗？比如 T 是 int，param 的类型应该是 const int& 而不是相同类型才对吧。

遗憾的是，事实就是这样，std::type_info::name 的结果并不总是可信的，就像上面一样，三个编译器对 param 的报告都是错误的。因为它们本质上可以不正确，因为 std::type_info::name 规范批准像传值形参一样来对待这些类型。正如 Item1 提到的，如果传递的是一个引用，那么引用部分（reference-ness）将被忽略，如果忽略后还具有 const 或者 volatile，那么常量性 constness 或者易变性 volatileness 也会被忽略。那就是为什么 param 的类型 const Widget * const & 会输出为 const Widget *，首先引用被忽略，然后这个指针自身的常量性 constness 被忽略，剩下的就是指针指向一个常量对象。

同样遗憾的是，IDE 编辑器显示的类型信息也不总是可靠的，或者说不总是有用的。还是一样的例子，一个 IDE 编辑器可能会把 T 的类型显示为（我没有胡编乱造）：

const
std::_Simple_types<std::_Wrap_alloc<std::_Vec_base_types<Widget,
std::allocator<Widget>>::_Alloc>::value_type>::value_type *

同样把 param 的类型显示为

const std::_Simple_types<...>::value_type *const &

这个比起 T 来说要简单一些，但是如果你不知道“...”表示编译器忽略 T 的部分类型那么可能你还是会产生困惑。如果你运气好点你的 IDE 可能表现得比这个要好一些。

比起运气如果你更倾向于依赖库，那么你乐意被告知 std::type_info::name 和 IDE 不怎么好，Boost TypeIndex 库（通常写作 Boost.TypeIndex）是更好的选择。这个库不是标准 C++ 的一部分，也不是 IDE 或者 TD 这样的模板。Boost 库（可在 boost.com 获得）是跨平台，开源，有良好的开源协议的库，这意味着使用 Boost 和 STL 一样具有高度可移植性。

这里是如何使用 Boost.TypeIndex 得到 f 的类型的代码

#include <boost/type_index.hpp>

template<typename T>
void f(const T& param)
{
    using std::cout;
    using boost::typeindex::type_id_with_cvr;

    //显示T
    cout << "T =     "
         << type_id_with_cvr<T>().pretty_name()
         << '\n';

    //显示param类型
    cout << "param = "
         << type_id_with_cvr<decltype(param)>().pretty_name()
         << '\n';
}

boost::typeindex::type_id_with_cvr 获取一个类型实参（我们想获得相应信息的那个类型），它不消除实参的 const，volatile 和引用修饰符（因此模板名中有“with_cvr”）。结果是一个 boost::typeindex::type_index 对象，它的 pretty_name 成员函数输出一个 std::string，包含我们能看懂的类型表示。 基于这个 f 的实现版本，再次考虑那个使用 typeid 时获取 param 类型信息出错的调用：

std::vetor<Widget> createVec();         //工厂函数
const auto vw = createVec();            //使用工厂函数返回值初始化vw
if (!vw.empty()){
    f(&vw[0]);                          //调用f
    …
}

在 GNU 和 Clang 的编译器环境下，使用 Boost.TypeIndex 版本的 f 最后会产生下面的（准确的）输出：

T =     Widget const *
param = Widget const * const&

在 Microsoft 的编译器环境下，结果也是极其相似：

T =     class Widget const *
param = class Widget const * const &

这样近乎一致的结果是很不错的，但是请记住 IDE，编译器错误诊断或者像 Boost.TypeIndex 这样的库只是用来帮助你理解编译器推导的类型是什么。它们是有用的，但是作为本章结束语我想说它们根本不能替代你对 Item1-3 提到的类型推导的理解。

请记住：

  • 类型推断可以从 IDE 看出，从编译器报错看出，从 Boost TypeIndex 库的使用看出
  • 这些工具可能既不准确也无帮助，所以理解 C++ 类型推导规则才是最重要的