C++ decltype类型说明符[通俗易懂]

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1 基本语法

decltype 类型说明符生成指定表达式的类型。在此过程中，编译器分析表达式并得到它的类型，却不实际计算表达式的值。

语法为：

decltype( expression )

编译器使用下列规则来确定expression 参数的类型。

• 如果 expression 参数是标识符或类成员访问，则 decltype(expression) 是 expression 命名的实体的类型。如果不存在此类实体或 expression 参数命名一组重载函数，则编译器将生成错误消息。
• 如果 expression 参数是对一个函数或一个重载运算符函数的调用，则 decltype(expression) 是函数的返回类型。将忽略重载运算符两边的括号。
• 如果 expression 参数是右值，则 decltype(expression) 是 expression类型。如果 expression参数是左值，则 decltype(expression) 是对 左值引用 类型的expression。

给出如下示例代码：

int var;
const int&& fx(); 
struct A { double x; }
const A* a = new A();

2 decltype和引用

如果decltype使用的表达式不是一个变量，则decltype返回表达式结果对应的类型。但是有些时候，一些表达式向decltype返回一个引用类型。一般来说，当这种情形发生时，意味着该表达式的结果对象能作为一条赋值语句的左值：

// decltype的结果可以是引用类型
int i = 42, *p = &i, &r = i;
decltype(r + 0) b; // OK, 加法的结果是int，因此b是一个（未初始化）的int
decltype(*p) c; // Error, c是int&， 必须初始化

因为r是一个引用，因此decltype(r)的结果是引用类型，如果想让结果类型是r所指的类型，可以把r作为表达式的一部分，如r+0，显然这个表达式的结果将是一个具体的值而非一个引用。

另一方面，如果表达式的内容是解引用操作，则decltype将得到引用类型。正如我们所熟悉的那样，解引用指针可以得到指针所指对象，而且还能给这个对象赋值，因此，decltype(*p)的结果类型是int&而非int。

3 decltype和auto

• 处理顶层const和引用的方式不同（参考阅读：C++ auto类型说明符）

如果decltype使用的表达式是一个变量，则decltype返回该变量的类型（包括顶层const和引用在内）：

const int ci = 0, &cj = ci;
decltype(ci) x = 0; // x的类型是const int
decltype(cj) y = x; // y的类型是const int&，y绑定到变量x
decltype(cj) z; // Error， z是一个引用，必须初始化

• decltype的结果类型与表达式形式密切相关

对于decltype所用的引用来说，如果变量名加上了一对括号，则得到的类型与不加括号时会有所不同。如果decltype使用的是一个不加括号的变量，则得到的结果就是该变量的类型；如果给变量加上了一层或多层括号，编译器就会把它当成是一个表达式。

decltype((i)) d; // Error, d是int&, 必须初始化
decltype(i) e;   // OK, e是一个未初始化的int

• 模板函数的返回类型
  
  • 在 C++11 中，可以结合使用尾随返回类型上的 decltype 类型说明符和 auto 关键字来声明其返回类型依赖于其模板参数类型的模板函数。
  • 在 C++14 中，可以使用不带尾随返回类型的 decltype(auto) 来声明其返回类型取决于其模板参数类型的模板函数。

例如，定义一个求和模板函数：

//C++11
 template<typename T, typename U>
auto myFunc(T&& t, U&& u) -> decltype (forward<T>(t) + forward<U>(u)) 
        { return forward<T>(t) + forward<U>(u); };

//C++14
template<typename T, typename U>
decltype(auto) myFunc(T&& t, U&& u) 
        { return forward<T>(t) + forward<U>(u); };

（forward：如果参数是右值或右值引用，则有条件地将其参数强制转换为右值引用。）

附上一段源码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <utility>
#include <iomanip>

using namespace std;

template<typename T1, typename T2>
auto Plus(T1&& t1, T2&& t2) -> 
   decltype(forward<T1>(t1) + forward<T2>(t2))
{
   return forward<T1>(t1) + forward<T2>(t2);
}

class X
{
   friend X operator+(const X& x1, const X& x2)
   {
      return X(x1.m_data + x2.m_data);
   }

public:
   X(int data) : m_data(data) {}
   int Dump() const { return m_data;}
private:
   int m_data;
};

int main()
{
   // Integer 
   int i = 4;
   cout << 
      "Plus(i, 9) = " << 
      Plus(i, 9) << endl;

   // Floating point
   float dx = 4.0;
   float dy = 9.5;
   cout <<   
      setprecision(3) << 
      "Plus(dx, dy) = " <<
      Plus(dx, dy) << endl;

   // String 
   string hello = "Hello, ";
   string world = "world!";
   cout << Plus(hello, world) << endl;

   // Custom type
   X x1(20);
   X x2(22);
   X x3 = Plus(x1, x2);
   cout << 
      "x3.Dump() = " << 
      x3.Dump() << endl;
}

运行结果为：

Plus(i, 9) = 13
Plus(dx, dy) = 13.5
Hello, world!
x3.Dump() = 42

参考资料：

• Microsoft Developer Network: decltype(C++)
• C++ Primer(第五版)》 Stanley B. Lippman.