c++11-17 模板核心知識（九）—— 理解decltype與decltype(auto)
阿新 • • 發佈：2020-11-28
- [decltype介紹](#decltype介紹)
- [為什麼需要decltype](#為什麼需要decltype)
- [decltype(auto)](#decltypeauto)
- [注意(entity)](#注意entity)
與模板引數推導和auto推導一樣，decltype的結果大多數情況下是正常的，但是也有少部分情況是反直覺的。
## decltype介紹
給定一個name或者expression，decltype會告訴你它的型別。
我們先從正常情況開始：
```c++
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 // simplified version of std::vector
class vector {
public:
…
T& operator[](std::size_t index);
…
};
vector v; // decltype(v) is vector
…
if (v[0] == 0) … // decltype(v[0]) is int&
```
很直觀，沒有例外情況。 **注意：decltype與auto不同，不會消除const和引用。**
## 為什麼需要decltype
比如我們需要宣告一個函式模板，函式的返回值型別依賴函式引數的型別。在C++11中，常見的例子是返回一個container對應索引的值：
```c++
template // works, but requires refinement
auto authAndAccess(Container &c, Index i) -> decltype(c[i]) {
return c[i];
}
```
注意：這裡的auto跟型別推導沒有任何關係，它只是表明了這裡使用了C++11的`trailing return type`.
### decltype(auto)
在C++11中只允許單語句的lambda表示式被推導，在C++14中之中行為被拓展到所有lambda和所有函式，包括多語句。在C++14中，上述程式碼我們可以簡寫為：
```c++
template // C++14; not quite correct
auto authAndAccess(Container& c, Index i) {
return c[i]; // return type deduced from c[i]
}
```
**注意：這裡的auto就跟型別推導有關係了。** 在前面講auto推導規則的文章中提到過，auto作用在函式返回值時，使用的是模板引數推導規則，**這裡就會出現問題：`operator []`我們希望它返回引用，但是使用auto使用模板引數推導規則時，引用會被忽略，所以下面的程式碼會報錯：**
```c++
template
auto authAndAccess(Container &c, Index i) {
return c[i];
}
std::vector v{1,2,3,4,5};
authAndAccess(v,2) = 10; // error: expression is not assignable
```
但是使用`auto -> decltype()`則不會報錯，因為這裡auto不代表引數引數推導：
```c++
template
auto authAndAccess(Container &c, Index i) -> decltype(c[i]) {
return c[i];
}
std::vector v{1,2,3,4,5};
authAndAccess(v,2) = 10;
```
所以，要想讓authAndAccess在使用auto的情況下返回引用，在C++14中，我們可以使用decltype(auto)：
```c++
template
decltype(auto) authAndAccess(Container &c, Index i) {
return c[i];
}
std::vector v{1,2,3,4,5};
authAndAccess(v,2) = 10;
```
decltype(auto)中的auto代表返回值需要被自動推導，decltype代表使用decltype來推導返回值型別。
decltype(auto)不僅可以宣告函式返回值，還可以宣告變數：
```c++
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的規則可以看官網：[decltype specifier](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/decltype)，概況下可以分為兩大類：
* `decltype ( entity )` : 如果entity是一個不被括號包圍的識別符號、類訪問表示式，那麼`decltype ( entity )`與entity型別一致。
* `decltype ( expression )` : 如果expression是一個表示式，計算結果為型別T，那麼：
* 如果expression為xvalue，那麼decltype的結果是T&&.
* 如果expression為lvalue，那麼decltype的結果是T&.
* 如果expression為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**識別符號。因為當一個識別符號被括號包圍時，它就是一個左值表示式了，對應上面第二大點的第二小點。比如說`int x = 0;`，x是一個識別符號，所以`decltype(x)`的結果為int。但是（x）就是一個左值表示式，`decltype((x))`的結果就是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&
}
官網的例子能很好的概況decltype最常見的用法：
```c++
#include
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
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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