Effective Modern C++ 条款33 对需要std::forward的auto&&参数使用decltype

对需要std::forward的auto&&参数使用decltype

泛型lambda(generic lambda)是C++14最令人兴奋的特性之一——lambda可以在参数说明中使用auto。这个特性的实现很直截了当：闭包类中的operator()函数是一个模板。例如，给定这个lambda，

auto f = [](auto x) { return func(normalize(x)); };

闭包类的函数调用操作符看起来是这样的：

class SomeCompilerGeneratedClassName {public:    template<typename T>             auto operator()(T x) const          // 关于auto返回类型看条款3    { return func(normalize(x)); }    ...              // 闭包类的其他功能};

在这个例子中，lambda对x做的唯一的一件事就是把它转发给normalized。如果normalized区别对待左值和右值，这个lambda这样写是不合适的，因为即使传递给lambda的实参是个右值，lambda总是传一个左值（形参x）给normalized。

写这个lambda的正确方式是把x完美转发给normalized，这样做需要在代码中修改两个地方。第一，x要改成通用引用（看条款24），第二，借助std::forward（看条款25）把x转发到normalized。在概念上，修改成这样：

auto f = [](auto&& x)         { return func(normalized(std::forward<???>(x))); };

但是，在概念和实现之间，有一个问题，就是你传递给std::forward的参数是什么类型，这决定了我上面写的???的地方会变成怎样。

一般来说，当你使用完美转发时，你是在一个接受类型形参T的模板函数中，所以你只是写std::forward<T>。而在泛型模板中，没有你可以拿到的类型参数T。在lambda生成的闭包内，模板化operator()函数有一个T，但是在lambda中无法指定它，所以它对你没有任何帮助。

条款28解释过如果把一个左值传递给通用引用，通用引用的类型会变为左值引用；如果把一个右值传递给通用引用，通用引用会变为一个右值引用。那意味着在我们的lambda中，我们可以通过检查x的类型来判断传递进来的实参是左值还是右值，decltype就可以让我们这样做。如果传递给lambda的是个左值，decltype(x)将会产生一个左值引用；如果传递给lambda的是个右值，decltype(x)将会产生一个右值引用。

条款28也解释了当使用std::forward时，有一个规则：传给它的类型参数是个左值引用时，表明返回的是个左值，传递给它的类型参数是个非引用类型时，表明返回的是个右值。在我们的lambda中，如果x绑定的是一个左值引用，decltype(x)将产生一个左值引用，这符合规则。不过，如果x绑定的是个右值，decltype(x)将会产生一个右值引用，而不是常规的非引用。（要注意的是，条款28中传递给std::forward的类型参数是T，而在lambda中无法使用T，也无法使用auto，所以只能将decltype(x)作为std::forward的类型参数。）

但看回在条款28中，std::forward的C++14实现：

template<typename T>     // 在命名空间stdT&& forward(remove_reference_t<T>& param){    return static_cast<T&&>(param);}

如果一个用户想要完美转发一个Widegt类型的右值，它正常地用Widget类型（即非引用类型）实例化std::forward，然后std::forward产生这个函数：

Widget&& forward(Widget& param)   // 当T为Widegt时，std::forward的实例化{    return static_cast<Widget&&>(param);}

不过，请思考如果用户代码想要完美转发一个Widget类型的右值，但是这次它没有服从规则将T指定为非引用类型，而是将T指定为右值引用，这会发生什么？那是，思考把T替换成Widget&&将会发生什么。在std::forward实例化、应用了std::remove_reference_t之后，引用折叠（再次看条款28，看懂！）之前，std::forward看起来是这样的：

Widget&& && forward(Widget& param)   // 当T为Widget&&，std::forward的实例化{                                    // 还没发生引用折叠    return static_cast<Widget&& &&>(param);}

如果你用这个实例化和把T设置为Widget的std::forward那个实例化进行比较，你会发现它们是相同的。那意味着用一个右值引用实例化std::forward，和用一个非引用类型实例化std::forward产生的结果相同。

那是个很棒的消息，因为当一个右值实参传递给lambda形参x时，decltype(x)会产生一个右值引用。我们在上面已经确认了把一个左值传给lambda时，decltype(x)会产生一个可以传给std::forward的常规类型，而现在我们认识到对于右值，把decltype(x)产生的类型传递给std::forward的类型参数是不传统的，不过，它产生的结果与传统类型产生的结果相同。所以无论是左值还是右值，把decltype(x)传递给std::forward都能得到我们想要的结果，因此我们的完美转发lambda可以这样写：

auto f =     [](auto&& param)    {        return           func(normalize(std::forward<decltype(pram)>(param)));    };

在这份代码加上6个点，就可以让我们的完美转发lambda接受多个参数了，因为C++14的lambda的参数是可变的：

auto f =     [](auto&&... params)    {        return           func(normalized(std::forward<decltype(params)>(params)...));    };

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总结

需要记住的1点：

• 对需要std::forward的auto&&参数使用decltype（Use decltype on auto&& parameters to std::forward them.）。