c++11-17 模板核心知識（九）—— 理解decltype與decltype(auto)

• decltype介紹
• 爲何須要decltype
  • decltype(auto)
• 注意(entity)

與模板參數推導和auto推導同樣，decltype的結果大多數狀況下是正常的，可是也有少部分狀況是反直覺的。

decltype介紹

給定一個name或者expression，decltype會告訴你它的類型。

咱們先從正常狀況開始：

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&

很直觀，沒有例外狀況。 注意：decltype與auto不一樣，不會消除const和引用。

爲何須要decltype

好比咱們須要聲明一個函數模板，函數的返回值類型依賴函數參數的類型。在C++11中，常見的例子是返回一個container對應索引的值：

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

注意：這裏的auto跟類型推導沒有任何關係，它只是代表了這裏使用了C++11的trailing return type.

decltype(auto)

在C++11中只容許單語句的lambda表達式被推導，在C++14中之中行爲被拓展到全部lambda和全部函數，包括多語句。在C++14中，上述代碼咱們能夠簡寫爲：

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：這裏的auto就跟類型推導有關係了。 在前面講auto推導規則的文章中提到過，auto做用在函數返回值時，使用的是模板參數推導規則，這裏就會出現問題：operator []咱們但願它返回引用，可是使用auto使用模板參數推導規則時，引用會被忽略，因此下面的代碼會報錯：

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

可是使用auto -> decltype()則不會報錯，由於這裏auto不表明參數參數推導：

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;

因此，要想讓authAndAccess在使用auto的狀況下返回引用，在C++14中，咱們可使用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表明返回值須要被自動推導，decltype表明使用decltype來推導返回值類型。

decltype(auto)不只能夠聲明函數返回值，還能夠聲明變量：

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的規則能夠看官網：decltype specifier，概況下能夠分爲兩大類：

• decltype ( entity ) : 若是entity是一個不被括號包圍的標識符、類訪問表達式，那麼decltype ( entity )與entity類型一致。
• decltype ( expression ) : 若是expression是一個表達式，計算結果爲類型T，那麼：
  • 若是expression爲xvalue，那麼decltype的結果是T&&.
  • 若是expression爲lvalue，那麼decltype的結果是T&.
  • 若是expression爲prvalue，那麼decltype的結果是T.

注意第一點中強調了entity是一個不被括號包圍的標識符。由於當一個標識符被括號包圍時，它就是一個左值表達式了，對應上面第二大點的第二小點。好比說int x = 0;，x是一個標識符，因此decltype(x)的結果爲int。可是（x）就是一個左值表達式，decltype((x))的結果就是int&。因此下面的用法是不一樣的：
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&
}

官網的例子能很好的概況decltype最多見的用法：

#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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