C++11 新特性 decltype 说明符

一、typeof与typeid

1.1、typeof

在C++11标准之前，GCC已经提供了一个类似功能的运算符 typeof对类型进行推导，但是这毕竟是编译器的实现，不是标准。

int a = 0;
typeof(a) b = 5;

1.2、typeid

C++标准提供了 typeid 运算符，获取的类型信息会包含在一个类型为std::type_info的对象里，可以调用成员函数name获取其类型名。

int x1 = 0;
double x2 = 5.5;
std::cout << typeid(x1).name() << std::endl;
std::cout << typeid(x1 + x2).name() << std::endl;
std::cout << typeid(int).name() << std::endl;

成员函数name返回的类型名在C++标准中并没有明确的规范，所以输出的类型名会因编译器而异。

• typeid的返回值是一个左值，生命周期直到当前函数周期结束

• typeid返回的std::type_info删除了复制构造函数，若想保存std::type_info，只能获取其引用或者指针

  •   auto t1 = typeid(int);     // 编译失败，没有复制构造函数无法编译auto &t2 = typeid(int);    // 编译成功，t2推导为const std::type_info&auto t3 = &typeid(int);    // 编译成功，t3推导为const std::type_info*
    

• typeid的返回值总是忽略类型的 cv 限定符，也就是typeid(const T) == typeid(T))。

很明显，typeid有很大缺陷，它并不能像typeof那样在编译期就确定对象类型。

二、decltype

为了用统一方法解决上述问题，C++11标准引入了decltype说明符，使用decltype说明符可以获取对象或者表达式的类型，其语法与typeof类似：

int x1 = 0;
decltype(x1) x2 = 0;
std::cout << typeid(x2).name() << std::endl;  // x2的类型为intdouble x3 = 0;
decltype(x1 + x3) x4 = x1 + x3;
std::cout << typeid(x4).name() << std::endl;  // x1+x3的类型为doubledecltype({1, 2}) x5;                          // 编译失败，{1, 2}不是表达式

为了更好的讨论decltype的优势，需要用到返回类型后置。

auto sum(int a1, int a2)->int {return a1+a2;
}

上述代码中，以C++11为标准，auto作为占位符并不能使编译器对函数返回类型进行推导，必须使用返回类型后置的形式指定返回类型。如果想泛化这个函数，就需要用到函数模板

template<class R, class T1, class T2>
R sum(T1 a1, T2 a2) {return a1 + a2;
}auto x3 = sum<double>(5, 10.5);

满足泛化sum函数的要求，但必须为函数模板指定返回值类型。如何在编译期完成所有的类型推导工作？

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 a1, T2 a2)->decltype(a1 + a2) {return a1 + a2;
}auto x4 = sum(5, 10.5);

decltype 完美地解决了之前需要指定返回类型的问题。在实例化sum函数的时候，编译器就能够知道sum的返回类型了。

C++14标准中，直接支持了对auto声明的返回类型进行推导

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 a1, T2 a2) {return a1 + a2;
}

但是auto还存在一些小问题

template<class T>
auto return_ref(T& t) {return t;
}int x1 = 0;
static_assert(std::is_reference_v<decltype(return_ref(x1))>// 编译错误，返回值不为引用类型
);

上述代码中 auto 直接被推导为值类型（使用auto声明变量初始化时，目标对象如果是引用，则引用属性会被忽略），导致编译错误，

三、推导规则

decltype(e)（其中e的类型为T）

1． 如果e是一个未加括号的标识符表达式（结构化绑定除外）或者未加括号的类成员访问，则decltype(e)推断出的类型是e的类型T。如果并不存在这样的类型，或者e是一组重载函数，则无法进行推导。

2．如果e是一个函数调用或者仿函数调用，那么decltype(e)推断出的类型是其返回值的类型。

3．如果e是一个类型为T的左值，则decltype(e)是T&。

4．如果e是一个类型为T的将亡值，则decltype(e)是T&&。

5．除去以上情况，则decltype(e)是T。

看几个例子

const int&& foo();
int i;
struct A {double x;
};
const A* a = new A();decltype(foo());         // decltype(foo())推导类型为const int&&    满足规则4
decltype(i);             // decltype(i)推导类型为int                满足规则1
decltype(a->x);          // decltype(a->x)推导类型为double          满足规则1
decltype((a->x));        // decltype((a->x))推导类型为const double& 满足规则3，加了括号就是表达式,表达式返回左值，还有const修饰，所以 (a->x) 的类型是 const double&，即指向 x 的常量引用。int i;
int *j;
int n[10];
decltype(i=0);                      // 推导类型为int&          表达式返回左值
decltype(0,i);                      // 推导类型为int&          逗号表达式，返回第二个值
decltype(i,0);                      // 推导类型为int          
decltype(n[5]);                     // 推导类型为int&          数组n中的第6个元素，左值
decltype(*j);                       // 推导类型为int&          左值
decltype(static_cast<int&&>(i));    // 推导类型为int&&         将亡值
decltype(i++);                      // 推导类型为int           右值
decltype(++i);                      // 推导类型为int&          左值
decltype("hello world");            // 推导类型为const char(&)[12] 常量数组左值

四、CV限定符

通常情况下，decltype(e)所推导的类型会同步e的cv限定符，cv限定符这里是指onst和volatile关键字

const int i = 0;
decltype(i);         // 推导类型为const int

当e是未加括号的成员变量时，父对象表达式的cv限定符会被忽略，不能同步到推导结果：

struct A {double x;
};
const A* a = new A();
decltype(a->x);     // 推导类型为double, const属性被忽略
decltype((a->x));   // 推导类型为const double&, const属性不被忽略