c++11-17 模板核心知识（九）—— 理解decltype与decltype(auto) #159

zhangyachen · 2020-11-28T04:36:17Z

与模板参数推导和auto推导一样，decltype的结果大多数情况下是正常的，但是也有少部分情况是反直觉的。

decltype介绍

给定一个name或者expression，decltype会告诉你它的类型。

我们先从正常情况开始：

const int i = 0;            // decltype(i) is const int
bool f(const Widget& w);    // decltype(w) is const Widget&
                            // decltype(f) is bool(const Widget&)

struct Point {
  int x, y;         // decltype(Point::x) is int
};          // decltype(Point::y) is int

Widget w;        // decltype(w) is Widget
if (f(w)) …       // decltype(f(w)) is bool

template<typename T>    // simplified version of std::vector
class vector {
public:
…
T& operator[](std::size_t index);
…
};

vector<int> v;      // decltype(v) is vector<int>
…
if (v[0] == 0) …      // decltype(v[0]) is int&

很直观，没有例外情况。 注意：decltype与auto不同，不会消除const和引用。

为什么需要decltype

比如我们需要声明一个函数模板，函数的返回值类型依赖函数参数的类型。在C++11中，常见的例子是返回一个container对应索引的值：

template <typename Container, typename Index> // works, but requires refinement
auto authAndAccess(Container &c, Index i) -> decltype(c[i]) {
  return c[i];
}

注意：这里的auto跟类型推导没有任何关系，它只是表明了这里使用了C++11的trailing return type.

decltype(auto)

在C++11中只允许单语句的lambda表达式被推导，在C++14中之中行为被拓展到所有lambda和所有函数，包括多语句。在C++14中，上述代码我们可以简写为：

template<typename Container, typename Index>        // C++14;  not quite correct
auto authAndAccess(Container& c, Index i) { 
  return c[i];         // return type deduced from c[i]
}

注意：这里的auto就跟类型推导有关系了。 在前面讲auto推导规则的文章中提到过，auto作用在函数返回值时，使用的是模板参数推导规则，这里就会出现问题：operator []我们希望它返回引用，但是使用auto使用模板参数推导规则时，引用会被忽略，所以下面的代码会报错：

template <typename Container, typename Index>
auto authAndAccess(Container &c, Index i) {
  return c[i];
}

std::vector<int> v{1,2,3,4,5};
authAndAccess(v,2) = 10;      // error: expression is not assignable

但是使用auto -> decltype()则不会报错，因为这里auto不代表参数参数推导：

template <typename Container, typename Index>
auto authAndAccess(Container &c, Index i) -> decltype(c[i]) {
  return c[i];
}

std::vector<int> v{1,2,3,4,5};
authAndAccess(v,2) = 10;

所以，要想让authAndAccess在使用auto的情况下返回引用，在C++14中，我们可以使用decltype(auto)：

template <typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container &c, Index i) {
  return c[i];
}


std::vector<int> v{1,2,3,4,5};
authAndAccess(v,2) = 10;

decltype(auto)中的auto代表返回值需要被自动推导，decltype代表使用decltype来推导返回值类型。

decltype(auto)不仅可以声明函数返回值，还可以声明变量：

Widget w;

const Widget& cw = w;       // auto type deduction : myWidget1's type is Widget

decltype(auto) myWidget2 = cw;       // decltype type deduction : myWidget2's type is const Widget&

注意(entity)

decltype的规则可以看官网：decltype specifier，概况下可以分为两大类：

decltype ( entity ) : 如果entity是一个不被括号包围的标识符、类访问表达式，那么decltype ( entity )与entity类型一致。
decltype ( expression ) : 如果expression是一个表达式，计算结果为类型T，那么：
- 如果expression为xvalue，那么decltype的结果是T&&.
- 如果expression为lvalue，那么decltype的结果是T&.
- 如果expression为prvalue，那么decltype的结果是T.

注意第一点中强调了entity是一个不被括号包围的标识符。因为当一个标识符被括号包围时，它就是一个左值表达式了，对应上面第二大点的第二小点。比如说int x = 0;，x是一个标识符，所以decltype(x)的结果为int。但是（x）就是一个左值表达式，decltype((x))的结果就是int&。所以下面的用法是不同的：

decltype(auto) f1() {
int x = 0;
    …
    return x;       // decltype(x) is int, so f1 returns int
}

decltype(auto) f2() {
    int x = 0;
    …
    return (x);     // decltype((x)) is int&, so f2 returns int&
}

官网的例子能很好的概况decltype最常见的用法：

#include <iostream>
 
struct A { double x; };
const A* a;
 
decltype(a->x) y;       // type of y is double (declared type)
decltype((a->x)) z = y; // type of z is const double& (lvalue expression)
 
template<typename T, typename U>
auto add(T t, U u) -> decltype(t + u) // return type depends on template parameters
                                      // return type can be deduced since C++14
{
    return t + u;
}
 
int main() 
{
    int i = 33;
    decltype(i) j = i * 2;
 
    std::cout << "i = " << i << ", "
              << "j = " << j << '\n';
 
    auto f = [](int a, int b) -> int
    {
        return a * b;
    };
 
    decltype(f) g = f; // the type of a lambda function is unique and unnamed
    i = f(2, 2);
    j = g(3, 3);
 
    std::cout << "i = " << i << ", "
              << "j = " << j << '\n';
}

（完）

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为什么需要decltype

decltype(auto)

注意(entity)

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