Что означает синтаксис auto [, ] и почему он не работает с { }

auto [/*...*/] — это синтаксическая конструкция, совершенно отличная от других объявлений (и она поддерживается только начиная с C++17, кстати).

Это так называемая структурированная привязка, а не простое объявление переменной. Ключевое слово auto и скобки являются частью этого специального синтаксиса. Они не являются (напрямую) типом объявляемой переменной или инициализатором такой переменной.

auto используется в поведении объявления структурированной привязки для предоставления объявления (безымянной) переменной, которая инициализируется с правой стороны, как если бы:

auto _unnamed = permute(2,5);

В вашем примере auto будет выведено до std::tuple<int,int>. x и y тогда ведут себя как ссылки на первый и второй элемент этой переменной _unnamed.

Структурированная привязка по своей сути не имеет никакой связи с std::tuple. Любой тип массива, агрегатный тип или тип, предоставляющий определенный интерфейс std::tuple_element/std::get, можно использовать со структурированными привязками.

Что касается того, почему указание явного типа напрямую вместо auto в этой форме объявления не допускается, единственная причина, приведенная в предложении в разделе 3.6, заключается в том, что всегда можно явно указать тип в правой части, если желанный:

 auto [x,y] = tuple<int,int>(permute(2,5));

Я не думаю, что есть какая-то другая причина, по которой это не было разрешено. Это немного похоже на простое личное предпочтение авторов предложений.

В tuple<int, int> {x,y} фигурные скобки являются инициализатором объекта, а именно временного объекта типа tuple<int, int>, создаваемого в этом выражении.

Обратите внимание, что это вовсе не декларация. Он использует x и y из предыдущего объявления структурированной привязки для инициализации временного объекта. Он не объявляет x или y. Затем вы присваиваете результат permute() этому временному объекту, который фактически ничего не делает, поскольку этот объект немедленно уничтожается в конце выражения.

Простое объявление будет выглядеть так:

tuple<int, int> t = permute(2,5);

Это не позволит напрямую обращаться к элементам по их собственным именам. Вам придется ввести для них имена в качестве ссылок, особенно если вы не используете синтаксис структурированной привязки:

int& x = std::get<0>(t);
int& y = std::get<1>(t);

почему я не могу заменить tuple<int, int> {x,y} на auto {x,y}?

std::tuple ни в коем случае не является особым типом в C++. Тот факт, что вы используете фигурные скобки, не означает, что вы хотите сформировать кортеж. Вы можете написать S{x,y} для любого подходящего типа агрегата S. Было бы странно, если бы язык предпочитал tuple другим возможным типам.

Во многих других языках тип кортежа — это не только библиотечный тип, как в C++, но более фундаментально связан с основным языком. В этом случае язык обычно предоставляет специальный синтаксис для формирования кортежей, например как (x, y). В C++ кортежи не являются встроенными типами, не имеют специального значения в базовом языке, и для них не существует специального синтаксиса.

Однако можно написать tuple{x,y}. Типы элементов можно вывести с помощью CTAD (вывод аргументов шаблона класса), начиная с C++17.

При этом в стандартной библиотеке действительно есть специальный тип, который предпочтительнее при использовании фигурных скобок (и можно спорить о том, было ли это хорошим решением спроектировать его таким образом). Однако этот предпочтительный тип — это не std::tuple, а std::initializer_list, который представляет собой магический тип, который ведет себя аналогично копируемой ссылке на неявно созданный массив, т. е. он работает только с однородными типами элементов и не обеспечивает семантику значений. при копировании.

Так, например, в этом коде:

auto a = {x, y};

Тип a будет выведен в std::initializer_list<int>. Это предназначено в первую очередь для итерации в циклах range-for и для передачи конструкторам контейнеров. Итак, даже если предпочтение одного типа другому в любом случае не было странным, C++ уже сделал выбор в пользу другого типа, кроме std::tuple.