3.了解decltype技术

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前言

 
decltype是一项奇特的技术，它能够告诉你某个名称或表达式的类型，尽管有时候返回的结果令你抓耳挠腮。

decltype的使用

 
我们首先从最简单的情况开始分析，在此情况中decltype只会鹦鹉学舌般反馈类型：

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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&)
if(f(w))//decltype(f(w)) is bool
vector<int> v;//decltype(v) is vector<int>
if(v[0]==0)...//decltype(v[0] is int&

看起来一切都很正常。

decltype与返回值

在C++11中，decltype主要用于声明函数返回值依赖于其类型参数的函数模板。举例来说，我们的函数可能会操作一个带有索引的容器，在返回容器内部元素的值之前，我们需要验证一下使用者的身份，此函数的返回值类型显然应当与operator[]的返回值类型一致，此时应当使用decltype。

有人认为在容器类中，operator []总是返回T&。对于deque来说这总是成立的，但对于vector来说，vector<bool>则并非返回一个bool&，而是一个新对象。（代理类，这一问题详见Effective STL Item18及More Effective C++ Item30），这里我们强调的是，一个容器的operator []返回类型不仅仅与其元素类型有关，也与容器自身有关。

下面的实例展示了decltype的用法，它将在后期被进一步改进：

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template<typename Container,typename Index>
auto authAndAccess(Container&c,Index i)->decltype(c[i]){
    authenticateUser();
    return c[i];
}

函数名前的auto与类型推衍毫无关联，它只是表示此处我们使用了C++11的尾置返回类型（C++ Primer P604）。我们的返回类型取决于c、i,因此我们不可能在没有遇到它们之前声明返回值类型，这即是尾置返回类型的特性与优势所在。

C++11允许使用auto推衍单语句lambda的返回值类型，C++14将其扩展至所有多语句lambda与函数。这意味着在刚才的实例中我们可以不使用尾置返回类型，仅使用auto来完成类型推衍：

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template<typename Container,typename Index>
auto authAndAccess(Container&c,Index i){//not quite correct
    authenticateUser();
    return c[i];//type deduction take place
}

在Item2中我们曾经说明auto用于函数返回值类型推衍时采用template function推衍法则，这一特点造成了上文实例可能推衍失败的可能，原因在于容器类operator[]的返回类型几乎都是T&，但template function在作类型推衍时将忽略referenceness,如下所示：
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std::deque<int> d;
authAndAccess(d,5) = 10;//can not compile

理论上来说，等式左侧应当是一个int&,但实际上由于template function推衍法则，等式左侧被推衍为int。由于该int是一个函数的返回值，所以它是一个右值，这直接导致了本语句无法编译。

C++14中的decltype(auto)

 
为了保证函数功能正常，我们需要使用decltype来推衍函数返回值类型.C++14引入了decltype(auto)类型说明符，其功能为：auto用以说明当前类型需要被推衍，而decltype则代表了类型推衍所需要采用的法则，修改之后的authAndAccess:

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template<typename Container,typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container& c,Index i){//still require refinement
    authenticateUser();
    return c[i];
}

decltype不仅仅可以用来作为返回值类型说明符，也可以用于在初始化语句中定义对象，例如：
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Widget w;
const Widget& cw = w;
auto myWidget1 = cw;//auto type deduction: myWidget1's type is Widget
decltype(auto) myWidget2 = cw;//decltype deduction:myWidget2's type is const Widget&

authAndAccess的最终修正

 
我们首先回顾一下authAndAccess的声明：

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template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container& c, Index i);

容器对象的传递采用reference-non-const形式，如此即可保证用户可通过该函数修改容器内部元素。这种传递方式限制了rvalue的传入，因为rvalue无法被绑定至lvalue引用（除非是lvalue-reference-to-const）。

诚然，传递一个右值容器对象是一种罕见的情况。一个右值容器对象必然是一个临时对象，其在authAndAccess调用完成后必将销毁，那么返回其内部元素的引用也必将造成空悬。但这种情况未必不会发生，例如客户可能希望拷贝一个临时容器中的元素：

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std::deque<std::string> makeStringDeque();//Factory function
auto s = authAndAccess(makeStringDeque(),5);//can't compile

为了解决这个问题，有些开发者也许会想到重载，不过那样我们需要撰写两个函数，这是没必要的，Item24将为我们介绍的universal reference可以同时绑定lvalue与rvalue：
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template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container&& c, Index i);

在这个template function中我们对容器类型一无所知，这也直接导致了我们对其索引对象的类型（Index)不甚明确。对未知类型对象采用值传递的方式可能会导致性能下降、slicing等诸多问题，但有时确实存在着pass-by-value的必要，因此我们坚持对Index对象采用pass-by-value。最终，我们采用Item25所建议的std::forward对函数作出修正：
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template<typename Container, typename Index>
decltype(auto)authAndAccess(Container&& c, Index i){
    authenticateUser();
    return std::forward<Container>(c)[i];
}

decltype的特殊情况

 
将decltype应用于某个名称将导致对此名称的类型推衍，名称是一种左值表达式，不过这不会影响decltype的行为。但是对于比名称更为复杂的左值表达式，decltype将保证类型推衍结果必然是一个左值引用。一般来说这不会造成多大影响，因为左值表达式自带一个引用符，举例来说，一个返回左值的函数即返回左值引用。

请注意下面的例子：

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int x = 0;

x是变量的名称，因此decltype(x)的结果是int。但如果我们用一个小括号将x包起来形成(x),它就变成了一个左值表达式，那么decltype((x))的结果则会变为int&，但更麻烦的还在后面，有时候这种写法会直接导致崩溃，考虑下面两个函数
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decltype(auto) f1(){
    int x = 0;
    return x;//return int
}

decltype(auto) f1(){
    int x = 0;
    return (x);//return int& to a local variable!
}

由此可见，表达式类型在一定程度上可能会影响decltype(auto)的推衍结果，Item4将会介绍确保每一次推衍结果都我们所愿的方法。

总结

  1. decltype在作类型推衍时几乎总是不发生任何改变。
  2. 对于并非名称的左值表达式，decltype几乎总是返回T&。
  3. C++14支持decltype(auto),其表示以decltype法则作类型推衍。