C++11之后的decltype類型指示符詳解

更新時間：2023年01月10日 10:51:08 作者：smart_cat

為了滿足這一要求，C++11?新標(biāo)準(zhǔn)引入了另一種類型說明符?decltype?，它的作用是選擇并返回操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型，這篇文章主要介紹了C++11之后的decltype類型指示符,需要的朋友可以參考下

一、什么是decltype類型指示符

有時會遇到這種情況：希望從表達(dá)式的類型推斷出要定義的變量的類型，但是不想用該表達(dá)式的值初始化變量。為了滿足這一要求，C++11 新標(biāo)準(zhǔn)引入了另一種類型說明符 decltype ，它的作用是選擇并返回操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型。在此過程中，編譯器分析表達(dá)式并得到它的類型，卻并不實(shí)際計(jì)算表達(dá)式的值。

decltype(f()) sum = x;  // sum 的類型就是函數(shù)f的返回類型

編譯器并不實(shí)際調(diào)用函數(shù)f，而是使用當(dāng)調(diào)用發(fā)生時f的返回值類型作為sum的類型。換句話說，編譯器為sum指定的類型是什么呢？就是假如f被調(diào)用的話將會返回的那個類型。

二、typeid運(yùn)算符

C++標(biāo)準(zhǔn)提供了一個typeid運(yùn)算符來獲取與目標(biāo)操作數(shù)類型有關(guān)的信息。獲取的類型信息會包含在一個類型為std::type_info的對象里。我們可以調(diào)用成員函數(shù)name獲取其類型名，例如：

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 t1, T2 t2) -> decltype(t1 + t2)
{
    return t1 + t2;
}

int main()
{
    auto s1 = sum(2, 3);
    cout << "sum(2, 3)=" << s1 << endl;
    cout << "s1 type: " << typeid(s1).name() << endl;

    auto s2 = sum(2.0, 3.0);
    cout << "sum(2.0, 3.0)=" << s2 << endl;
    cout << "s2 type: " << typeid(s2).name() << endl;

    return 0;
}

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值得注意的是，成員函數(shù)name返回的類型名在C++標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確的規(guī)范，所以輸出的類型名會因編譯器而異。比如，MSVC會輸出一個符合程序員閱讀習(xí)慣的名稱，而GCC則會輸出一個它自定義的名稱。

另外，還有3點(diǎn)也需要注意。

typeid的返回值是一個左值，且其生命周期一直被擴(kuò)展到程序生命周期結(jié)束。
typeid返回的std::type_info刪除了復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，若想

保存std::type_info，只能獲取其引用或者指針，例如：

auto t1 = typeid(int); // 編譯失敗，沒有復(fù)制構(gòu)造函數(shù)無法編譯
auto &t2 = typeid(int); // 編譯成功，t2推導(dǎo)為const std::type_info&
auto t3 = &typeid(int); // 編譯成功，t3推導(dǎo)為const std::type_info*

3.typeid的返回值總是忽略類型的 cv 限定符，也就是

typeid(const T)== typeid(T))

gcc的擴(kuò)展中還提供了一個名為typeof的運(yùn)算符，它可以在編譯期就獲取操作數(shù)的具體類型，但typeof并不是C++ 標(biāo)準(zhǔn)。typeid可以獲取類型信息并幫助我們判斷類型之間的關(guān)系，但遺憾的是，它并不能像typeof那樣在編譯期就確定對象類型。

三、使用decltype指示符

常規(guī)用法如下：

int x1 = 0;
decltype(x1) x2 = 0;
std::cout << typeid(x2).name() << std::endl; // x2的類型為int

double x3 = 0;
decltype(x1 + x3) x4 = x1 + x3;
std::cout << typeid(x4).name() << std::endl; // x1+x3的類型為double

decltype({1, 2}) x5; // 編譯失敗，{1, 2}不是表達(dá)式

形參列表中也可以使用：

int x1 = 0;
decltype(x1) sum(decltype(x1) a1, decltype(a1) a2)
{
    return a1 + a2;
}
auto x2 = sum(5, 10);

decltype在尾置返回類型時有著很大用處，例如：

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 t1, T2 t2) -> decltype(t1 + t2)
{
    return t1 + t2;
}

需要說明的是，上述用法只推薦在C++11標(biāo)準(zhǔn)的編譯環(huán)境中使用，因?yàn)镃++14標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)支持對auto聲明的返回類型進(jìn)行推導(dǎo)了，所以以上代碼可以簡化為：

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 t1, T2 t2)
{
    return t1 + t2;
}

int main()
{
    auto res = sum(1, 2.0);
    cout << "res=" << res << endl;
    cout << "res type: " << typeid(res).name() << endl;

    return 0;
}

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那既然在C++14 標(biāo)準(zhǔn)中decltype的作用又被auto代替了，是否從C++14標(biāo)準(zhǔn)以后decltype就沒有用武之地了呢？并不是這樣的，auto作為返回類型的占位符還存在一些問題，請看下面的例子：

template<class T>
auto return_ref(T& t)
{
    return t;
}

int x = 0;
cout << "x is reference value: " << std::is_reference_v<decltype(return_ref(x))> << endl;

在上面的代碼中，我們期望return_ref返回的是一個T的引用類型，但是如果編譯此段代碼，會發(fā)現(xiàn)auto被推導(dǎo)為值類型。如果想正確地返回引用類型，則需要用到decltype說明符，例如：

template<class T>
auto return_ref(T& t) -> decltype(t)
{
    return t;
}

以上兩段代碼幾乎相同，只是在return_ref函數(shù)的尾部用decltype(t)聲明了返回類型。

當(dāng)然了，還有一種方法也可以，使用 auto& ：

template<class T>
auto& return_ref1(T& t)
{
    return t;
}

四、decltype和引用

如果 decltype 使用的表達(dá)式不是一個變量，則 decltype 返回表達(dá)式結(jié)果對應(yīng)的類型。有些表達(dá)式將向 decltype 返回一個引用類型。一般當(dāng)這種情況發(fā)生時，意味著該表達(dá)式的結(jié)果對象能作為一條賦值語句的左值：

int i = 42, *p = &i, &r = i;
decltype(r + 0) b;  // 正確，加法的結(jié)果是int，因此b是一個（未初始化的）int
decltype(*p) c;     // 錯誤，c是int&， 必須初始化

如果表達(dá)式的內(nèi)容是解引用操作，則decltype將得到引用類型，所以decltype(*p)的結(jié)果類型是int&，而非int。

decltype 和 auto 的重要區(qū)別是，decltype 的結(jié)果類型與表達(dá)式形式密切相關(guān)。有一種情況需要特別注意：對于 decltype 來說，如果變量名加上了一對括號，則得到的類型與不加括號時會有所不同。不加括號的話，得到的結(jié)果就是該變量的類型。如果給變量加上了一層或多層括號，編譯器就會把它當(dāng)成是一個表達(dá)式。變量是一種可以作為賦值語句左值的特殊表達(dá)式，所以這樣的decltype就會得到引用類型：

decltype((i)) d;    // 錯誤，d是int&，必須初始化
decltype(i) e;      // 正確，e是一個未初始化的int

總結(jié)就是：

decltype((val)) 的結(jié)果永遠(yuǎn)是引用。
decltype(val) 的結(jié)果，只有當(dāng)val本身就是一個引用時，才是引用

五、decltype(auto)

在 C++14 標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)了 decltype 和 auto 兩個關(guān)鍵字的結(jié)合體：decltype(auto)。它的作用簡單來說，就是告訴編譯器用decltype的推導(dǎo)表達(dá)式規(guī)則來推導(dǎo)auto。另外需要注意的是，decltype(auto)必須單獨(dú)聲明，也就是它不能結(jié)合指針、引用以及cv限定符。

int i;
int&& f();
auto x1a = i; // x1a推導(dǎo)類型為int
decltype(auto) x1d = i; // x1d推導(dǎo)類型為int
auto x2a = (i); // x2a推導(dǎo)類型為int
decltype(auto) x2d = (i); // x2d推導(dǎo)類型為int&
auto x3a = f(); // x3a推導(dǎo)類型為int
decltype(auto) x3d = f(); // x3d推導(dǎo)類型為int&&
auto x4a = { 1, 2 }; // x4a推導(dǎo)類型為
std::initializer_list<int>
decltype(auto) x4d = { 1, 2 }; // 編譯失敗, {1, 2}不是表達(dá)式
auto *x5a = &i; // x5a推導(dǎo)類型為int*
decltype(auto)*x5d = &i; // 編譯失敗，decltype(auto)必須單獨(dú)聲明

有了decltype(auto)之后，我們又多了一種返回引用的形式：

template<class T>
decltype(auto) return_ref(T& t)
{
    return t;
}

在C++17 標(biāo)準(zhǔn)中，decltype(auto)還能作為非類型模板形參的占位符，例如：

#include <iostream>
template<decltype(auto) N>
void f()
{
    std::cout << N << std::endl;
}

六、本章代碼匯總

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 t1, T2 t2)
{
    return t1 + t2;
}

template<class T>
auto return_ref(T& t)
{
    return t;
}

template<class T>
auto& return_ref1(T& t)
{
    return t;
}

template<class T>
auto return_ref2(T& t) -> decltype(t)
{
    return t;
}

template<class T>
decltype(auto) return_ref3(T& t)
{
    return t;
}

template<decltype(auto) N>
void f()
{
    cout << N << endl;
}

int main()
{
    auto res = sum(1, 2.0);
    cout << "res=" << res << endl;
    cout << "res type: " << typeid(res).name() << endl;

    int x = 0;
    cout << "x is reference value: " << std::is_reference_v<decltype(return_ref(x))> << endl;
    cout << "x is reference value: " << std::is_reference_v<decltype(return_ref1(x))> << endl;
    cout << "x is reference value: " << std::is_reference_v<decltype(return_ref2(x))> << endl;
    cout << "x is reference value: " << std::is_reference_v<decltype(return_ref3(x))> << endl;

    return 0;
}

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