auto

auto (자리표시자 타입)

타입을 일일이 써 주기 번거로울 때, C++는 **자리표시자 타입(placeholder type)**이라는 걸 제공해요. 자리표시자 타입 지정자는 나중에 바뀔 타입을 나타내는데, 보통 초기화식으로부터 추론(deduction)해서 그 자리를 채워요. 그 대표적인 키워드가 auto예요.

출처: cppreference

본문

문법

자리표시자 auto에는 const나 & 같은 수식자가 함께 올 수 있고, 이 수식자들은 타입 추론에 참여해요. 반면 자리표시자 decltype(auto)는 선언된 타입의 유일한 구성요소여야 해요. (C++14부터)

type-constraint가 있으면, 자리표시자에 대해 추론된 타입을 T라 할 때 type-constraint가 다음과 같이 제약 표현식(constraint expression)을 도입해요. type-constraint가 Concept<A₁, ..., Aₙ>이면 제약 표현식은 Concept<T, A₁, ..., Aₙ>이 되고, 아니면(type-constraint가 인자 목록 없는 Concept이면) 제약 표현식은 Concept<T>가 돼요. 제약 표현식이 유효하지 않거나 false를 반환하면 추론이 실패해요. (C++20부터)

쓸 수 있는 문맥(Explanation)

자리표시자 타입 지정자는 다음 문맥에서 나타날 수 있어요.

• 매개변수 선언: 아래 매개변수 선언들에서 선언되는 매개변수의 타입은 문법 (1) 형태일 수 있어요. 람다 표현식의 매개변수가 자리표시자 타입을 가지면 그 람다 표현식은 제네릭 람다(generic lambda)예요. (C++14부터)
• 비타입 템플릿 매개변수가 자리표시자 타입을 가지면, 그 타입은 대응하는 템플릿 인자로부터 추론돼요. (C++17부터)
• 함수 선언의 매개변수가 자리표시자 타입을 가지면 **축약 함수 템플릿(abbreviated function template)**이 선언돼요. (C++20부터)

함수 선언

자리표시자 타입은 후행 반환 타입(trailing return type)을 포함하는 함수 선언자의 선언 지정자에 나타날 수 있어요.

자리표시자 타입은 함수 선언자의 선언된 반환 타입의 선언 지정자나 타입 지정자에 나타날 수 있어요. 이 경우 반환 타입 추론(return type deduction)이 적용돼요. (C++14부터)

auto f() -> int; // OK: f는 int를 반환
auto g() { return 0.0; } // C++14부터 OK: g는 double을 반환
auto h(); // C++14부터 OK: h의 반환 타입은 정의될 때 추론됨

변수 선언

자리표시자 타입으로 선언된 변수의 타입은 그 초기화식으로부터 추론돼요. 이 사용은 변수의 초기화 선언(initializing declaration)에서 허용돼요.

자리표시자 타입은 선언 지정자 시퀀스 안의 선언 지정자 중 하나로만, 또는 그런 선언 지정자를 대체하는 타입을 지정하는 후행 반환 타입의 타입 지정자 중 하나로만 나타날 수 있어요. 이 경우 그 선언은 변수를 하나 이상 선언해야 하고, 각 변수는 비어 있지 않은 초기화식을 가져야 해요.

// 선언 지정자 안의 "auto"들
auto x = 5; // OK: x는 int 타입
const auto *v = &x, u = 6; // OK: v는 const int*, u는 const int 타입
static auto y = 0.0; // OK: y는 double 타입

auto f() -> int;
auto (*fp)() -> auto = f; // OK: 후행 반환 타입의 "auto"는
                          // f로부터 추론될 수 있음

auto 지정자는 구조화 바인딩(structured binding) 선언에도 쓸 수 있어요. (C++17부터)

new 표현식

자리표시자 타입은 new 표현식의 type-id 타입 지정자 시퀀스에 쓸 수 있어요. 그런 type-id에서 자리표시자 타입은 타입 지정자 시퀀스 안의 타입 지정자 중 하나로, 또는 그런 타입 지정자를 대체하는 타입을 지정하는 후행 반환 타입으로 나타나야 해요.

auto 타입 지정자는 함수 스타일 캐스트(function-style cast)의 타입 지정자로 쓸 수 있어요. (C++23부터)

주의할 점(Notes)

C++11 이전까지 auto는 저장 기간(storage duration) 지정자라는 의미를 가졌어요.

위에 명시하지 않은 문맥에서 자리표시자 타입을 사용하는 프로그램은 잘못된 형태(ill-formed)예요.

선언이 여러 실체를 선언하고 선언 지정자 시퀀스가 자리표시자 타입을 사용하면, 다음 조건 중 하나라도 만족하면 프로그램은 잘못된 형태예요.

• 선언된 실체 중 일부가 변수가 아닌 경우.
• 자리표시자 타입을 대체하는 타입이 각 추론에서 같지 않은 경우.

auto f() -> int, i = 0; // Error: "auto"로 함수와 변수를 함께 선언
auto a = 5, b = {1, 2}; // Error: "auto"의 타입이 서로 다름

auto 키워드는 중첩 이름 지정자(nested name specifier)에도 쓸 수 있어요. auto:: 형태의 중첩 이름 지정자는 제한된 타입 자리표시자 추론(constrained type placeholder deduction) 규칙에 따라 클래스나 열거 타입으로 대체되는 자리표시자예요. (concepts TS)

예제

여기서는 auto가 타입 추론을 어떤 식으로 하는지, 그리고 auto와 decltype(auto)가 참조를 다룰 때 어떻게 달라지는지를 확인해 볼게요.

#include <iostream>
#include <utility>

template<class T, class U>
auto add(T t, U u) { return t + u; } // 반환 타입은 operator+(T, U)의 타입

// 함수 호출의 완벽 전달(perfect forwarding)은 decltype(auto)를 써야 해요
// 호출한 함수가 참조로 반환하는 경우 때문이에요
template<class F, class... Args>
decltype(auto) PerfectForward(F fun, Args&&... args) 
{ 
    return fun(std::forward<Args>(args)...); 
}

template<auto n> // C++17 auto 매개변수 선언
auto f() -> std::pair<decltype(n), decltype(n)> // auto는 brace-init-list에서 추론 불가
{
    return {n, n};
}

int main()
{
    auto a = 1 + 2;          // a의 타입은 int
    auto b = add(1, 1.2);    // b의 타입은 double
    static_assert(std::is_same_v<decltype(a), int>);
    static_assert(std::is_same_v<decltype(b), double>);
    
    auto c0 = a;             // c0의 타입은 int, a의 복사본을 보유
    decltype(auto) c1 = a;   // c1의 타입은 int, a의 복사본을 보유
    decltype(auto) c2 = (a); // c2의 타입은 int&, a의 별칭
    std::cout << "before modification through c2, a = " << a << '\n';
    ++c2;
    std::cout << " after modification through c2, a = " << a << '\n';
    
    auto [v, w] = f<0>(); // 구조화 바인딩 선언
    
    auto d = {1, 2}; // OK: d의 타입은 std::initializer_list<int>
    auto n = {5};    // OK: n의 타입은 std::initializer_list<int>
//  auto e{1, 2};    // DR n3922 이후 Error, 그 이전엔 std::initializer_list<int>
    auto m{5};       // OK: DR n3922 이후 m의 타입은 int, 이전엔 initializer_list<int>
//  decltype(auto) z = { 1, 2 } // Error: {1, 2}는 표현식이 아님
    
    // auto는 람다 표현식처럼 이름 없는 타입에 자주 쓰여요
    auto lambda = [](int x) { return x + 3; };
    
//  auto int x; // C++98에선 유효, C++11부터 error
//  auto x;     // C에선 유효, C++에선 error
    
    [](...){}(c0, c1, v, w, d, n, m, lambda); // "unused variable" 경고 억제
}

가능한 출력:

before modification through c2, a = 3
 after modification through c2, a = 4

c2가 decltype(auto)로 (a)에서 추론됐기 때문에 int& 타입이 돼서, ++c2가 실제 a를 바꾸는 걸 볼 수 있어요.

결함 보고(Defect reports)

이전에 발표된 C++ 표준들에 소급 적용된 동작 변경 결함 보고들이 있어요.

더 알아보기

• decltype: 표현식의 타입을 얻는 또 다른 도구.
• decltype(auto): auto와 decltype 규칙을 결합한 반환 타입 추론.
• 구조화 바인딩: auto [v, w] = ... 형태의 선언.