C++ の auto キーワード: 型推論を例で解説

型はコンパイラに選ばせる

前のページでは、すべての C++ 変数が固定された型 — int、double、std::string など — を持つことを見ました。その型を手で書き出すのは int count = 0; なら問題ありませんが、型が長くなると煩雑になります。auto キーワード(C++11 以降)は、代入する値からコンパイラに型を 推論 させるので、値を一度書けばあとはコンパイラが埋めてくれます。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto count = 0;        // int
    auto price = 3.99;     // double
    auto letter = 'A';     // char
    auto greeting = "hi";  // const char*

    cout << count << " " << price << " " << letter << " " << greeting << "\n";
    return 0;
}

重要な考え方: auto は動的型付けでは ありません。各変数は依然として、コンパイル時に確定する 1 つの具体的な型を持ちます。auto はそれを書き出す手間を省くだけです。

auto が価値を発揮する理由

短くて自明な型なら、auto count = 0; と int count = 0; は同じくらい読みやすいです。auto が本当に効いてくるのは、長くて反復的な型名 — 標準ライブラリのコンテナやイテレータから生じるような型 — に対してです。

冗長な書き方と auto を使った書き方を比べてみましょう。

// auto なし - 実質的に型を 2 回書いている
std::vector<std::pair<std::string, int>>::iterator it = scores.begin();

// auto あり - コンパイラはすでに型を知っている
auto it = scores.begin();

どちらもまったく同じイテレータ型を宣言します。2 つ目のほうが読みやすく、後で scores を別のコンテナに変えても食い違いが起きません。

完全なプログラムの中で見てみましょう。

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

int main() {
    vector<pair<string, int>> scores = {{"Ada", 90}, {"Boris", 85}};

    for (auto it = scores.begin(); it != scores.end(); ++it) {
        cout << it->first << ": " << it->second << "\n";
    }
    return 0;
}

範囲ベース for ループでの auto

auto に最もよく出会う場所は、範囲ベースの for ループです。要素の型を手で書き出したいことはほとんどなく、auto をどう書くかでコピーになるか参照になるかが決まります。

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

int main() {
    vector<string> names = {"Ada", "Boris", "Rosa"};

    // const auto& - 読み取り専用、コピーなし。読むときの通常のデフォルト。
    for (const auto& name : names) {
        cout << name << "\n";
    }
    return 0;
}

目にする 3 つのパターンと、それぞれの意味:

• for (auto x : v) - x は各要素の コピー です。int には安価ですが、大きなオブジェクトには無駄が多いです。
• for (auto& x : v) - x は 参照 です。要素をその場で変更できます。
• for (const auto& x : v) - x は読み取り専用の参照です。読むだけのときに使います。

次のプログラムは auto& を通してコンテナを変更します。

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

int main() {
    vector<int> nums = {1, 2, 3};

    for (auto& n : nums) {
        n *= 10;        // 本物の要素を変更する
    }

    for (const auto& n : nums) {
        cout << n << " ";   // 10 20 30
    }
    cout << "\n";
    return 0;
}

落とし穴: そのループで for (auto n : nums)(& なし)と書くと、n *= 10 はコピーだけを黙って変更し、nums には手をつけません。コンパイラは警告してくれません。ループは何も役立つことをしないだけです。

auto が取り除くもの

素の auto は、値渡しの関数引数とまったく同じやり方で型を推論します。つまり、最上位の const、参照、volatile を取り除きます。これは、特に指定しない限り auto は常に新しい変更可能なコピーを返すということです。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    const int original = 42;

    auto copy = original;   // 型は int であって、const int では「ない」
    copy = 100;             // まったく合法 - const は取り除かれた

    cout << original << " " << copy << "\n";  // 42 100
    return 0;
}

const を保持したい、あるいはコピーを避けたいなら、修飾子を自分で付け足します。コツは、どんな型でも飾るのと同じように auto を飾ることです。

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

int main() {
    string name = "Ada";

    const auto& ref = name;   // const std::string& - コピーなし、読み取り専用
    cout << ref << " has " << ref.size() << " letters\n";

    // ref = "Boris";         // エラー: ref は const
    return 0;
}

つまり auto は 基底 の型を推論し、&、const、* はその上に付け足すつまみです。auto が型そのもので、const auto& はそれへの読み取り専用の参照です。

よくある間違いと落とし穴

auto は入力の手間を省いてくれますが、型を理解する必要までは省きません。初心者がはまる罠がいくつかあります。

初期化は必須です。 auto は空の宣言からは何も推論できないので、これは紛れもないコンパイルエラーになります。

auto x;        // error: declaration of 'auto x' has no initializer
auto y = 0;    // OK

整数リテラルは int であって double ではありません。 auto half = 1 / 2; は int を推論して 0 を格納します。なぜなら 1 / 2 は、auto がそれを見る 前に 整数除算だからです。型は値に従います。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto wrong = 1 / 2;      // 整数除算 -> 0
    auto right = 1.0 / 2;    // double -> 0.5

    cout << wrong << " " << right << "\n";  // 0 0.5
    return 0;
}

auto は参照を取り除く — ダングリングコピーの不意打ちに注意。 関数が参照を返すのに素の auto で受け取ると、コピーになります。これはホットなループでは本物のパフォーマンスバグになることがあります(反復ごとに大きなオブジェクトのディープコピー)。「見るだけで持ち帰らない」と言いたいときは const auto& を使いましょう。

重要なときに型を隠さない。 auto result = compute(); は、compute の戻り値の型が文脈から自明なら問題ありません。しかし、読み手が result の正体を探し回らなければならないなら、型を書き出すほうが親切な選択になることがあります。auto はノイズを減らすためのものであって、意図を隠すためのものではありません。

次へ: 定数と const

ここまでで、auto は保持を頼まない限り意図的に const を取り除くことを見てきました。すると当然の疑問が湧きます。const は実際に何を保証するのか、そしてそもそもどんなときに値を変更不可と印付けすべきなのか? 次のページでは const、定数式、そして「とりあえずデフォルトで const にする」が C++ で最も役立つ習慣の 1 つである理由を掘り下げます。