C++ decltype类型说明符

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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();

语句 类型 注释 decltype(fx()); const int && 对左值引用的const int decltype(var); int 变量 var 的类型 decltype(a->x); double 成员访问的类型 decltype((a->x)); const double& 内部括号导致语句作为表达式而不是成员访问计算。由于a声明为 const指针，因此类型是对const double的引用。

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intdecltype(*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 intdecltype(cj) y = x; // y的类型是const int&，y绑定到变量xdecltype(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++14template<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) = 13Plus(dx, dy) = 13.5Hello, world!x3.Dump() = 42

参考资料：

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