C++11 decltype类型推导详解

╰半夏微凉° 2023-01-17 02:29 99阅读 0赞

## **decltype**  ##

**decltype** 是 C++11 新增的一个关键字，它和 auto 的功能一样，都用来在编译时期进行自动类型推导。

decltype 是“declare type”的缩写，译为“声明类型”。

既然已经有了 auto 关键字，为什么还需要 decltype 关键字呢？因为 auto 并不适用于所有的自动类型推导场景，在某些特殊情况下 auto 用起来非常不方便，甚至压根无法使用，所以 decltype 关键字也被引入到 C++11 中。  
  
auto 和 decltype 关键字都可以自动推导出变量的类型，但它们的用法是有区别的：

auto varname = value;  
decltype(exp) varname = value;

其中，varname 表示变量名，value 表示赋给变量的值，exp 表示一个表达式。  
  
**auto 根据`=`右边的初始值 value 推导出变量的类型，而 decltype 根据 exp 表达式推导出变量的类型，跟`=`右边的 value 没有关系。**  
  
另外，auto 要求变量必须初始化，而 decltype 不要求。这很容易理解，auto 是根据变量的初始值来推导出变量类型的，如果不初始化，变量的类型也就无法推导了。decltype 可以写成下面的形式：

decltype(exp) varname;

exp 注意事项

原则上讲，exp 就是一个普通的表达式，它可以是任意复杂的形式，但是我们必须要保证 exp 的结果是有类型的，不能是 void；例如，当 exp 调用一个返回值类型为 void 的函数时，exp 的结果也是 void 类型，此时就会导致编译错误。  
  
C++ decltype 用法举例：

int a = 0;
    decltype(a) b = 1; //b 被推导成了 int
    decltype(10.8) x = 5.5; //x 被推导成了 double
    decltype(x + 100) y; //y 被推导成了 double

可以看到，decltype 能够根据变量、字面量、带有运算符的表达式推导出变量的类型。读者请留意最后一行代码，y 没有被初始化。

## decltype 推导规则 ##

上面的例子让我们初步感受了一下 decltype 的用法，但你不要认为 decltype 就这么简单，它的玩法实际上可以非常复杂。当程序员使用 decltype(exp) 获取类型时，编译器将根据以下三条规则得出结果：

*  如果 exp 是一个不被括号`( )`包围的表达式，或者是一个类成员访问表达式，或者是一个单独的变量，那么 decltype(exp) 的类型就和 exp 一致，这是最普遍最常见的情况。
 *  如果 exp 是函数调用，那么 decltype(exp) 的类型就和函数返回值的类型一致。
 *  如果 exp 是一个左值，或者被括号`( )`包围，那么 decltype(exp) 的类型就是 exp 的引用；假设 exp 的类型为 T，那么 decltype(exp) 的类型就是 T&。

为了更好地理解 decltype 的推导规则，下面来看几个实际的例子。  
  
**【实例1】exp 是一个普通表达式：**

#include <string>
    using namespace std;
    
    class Student
    {
    public:
        static int total;
        string name;
        int age;
        float scores;
    };
    
    int Student::total = 0;
    
    int main()
    {
        int n = 0;
        const int &r = n;
        Student stu;
    
        decltype(n) a = n; //n 为 int 类型，a 被推导为 int 类型
        decltype(r) b = n; //r 为 const int& 类型, b 被推导为 const int& 类型
        decltype(Student::total) c = 0; //total 为类 Student 的一个 int 类型的成员变量，c 被推导为 int 类型
        decltype(stu.name) url = "http://c.biancheng.net/cplus/"; //total 为类 Student 的一个string 类型的成员变量， url 被推导为 string 类型
        
        return 0;
    }

这段代码很简单，按照推导规则 1，对于一般的表达式，decltype 的推导结果就和这个表达式的类型一致。  
  
**【实例2】exp 为函数调用：**

//函数声明
    int& func_int_r(int, char); //返回值为 int&
    int&& func_int_rr(void); //返回值为 int&&
    int func_int(double); //返回值为 int
    
    const int& fun_cint_r(int, int, int); //返回值为 const int&
    const int&& func_cint_rr(void); //返回值为 const int&&
    
    //decltype类型推导
    int n = 100;
    decltype(func_int_r(100, 'A')) a = n; //a 的类型为 int&
    decltype(func_int_rr()) b = 0; //b 的类型为 int&&
    decltype(func_int(10.5)) c = 0; //c 的类型为 int
    
    decltype(fun_cint_r(1,2,3)) x = n; //x 的类型为 const int &
    decltype(func_cint_rr()) y = 0; // y 的类型为 const int&&

**注意：exp 中调用函数时需要带上括号和参数，并不会真的去执行函数代码。**

**【实例3】exp 是左值，或者被`( )`包围：**

using namespace std;
    
    class Base
    {
        public:
        int x;
    };
    
    int main()
    {
        const Base obj;
    
        //带有括号的表达式
        decltype(obj.x) a = 0; //obj.x 为类的成员访问表达式，符合推导规则一，a 的类型为 int
        decltype((obj.x)) b = a; //obj.x 带有括号，符合推导规则三，b 的类型为 int&。
    
        //加法表达式
        int n = 0, m = 0;
        decltype(n + m) c = 0; //n+m 得到一个右值，符合推导规则一，所以推导结果为 int
        decltype(n = n + m) d = c; //n=n+m 得到一个左值，符号推导规则三，所以推导结果为 int&
    
        return 0;
    }

这里我们需要重点说一下左值和右值：

*  左值是指那些在表达式执行结束后依然存在的数据，也就是持久性的数据；
 *  右值是指那些在表达式执行结束后不再存在的数据，也就是临时性的数据。有一种很简单的方法来区分左值和右值，对表达式取地址，如果编译器不报错就为左值，否则为右值。

## decltype 的实际应用 ##

auto 的语法格式比 decltype 简单，所以在一般的类型推导中，使用 auto 比使用 decltype 更加方便，我们知道，auto 只能用于类的静态成员，不能用于类的非静态成员（普通成员），如果我们想推导非静态成员的类型，这个时候就必须使用 decltype 了。下面是一个模板的定义：

#include <vector>
    using namespace std;
    
    template <typename T>
    class Base 
    {
    public:
        void func(T& container) 
        {
            m_it = container.begin();
        }
    
    private:
        typename T::iterator m_it; //注意这里
    };
    
    int main()
    {
        const vector<int> v;
        Base<const vector<int>> obj;
        obj.func(v);
    
        return 0;
    }

单独看 Base 类中 m\_it 成员的定义，很难看出会有什么错误，但在使用 Base 类的时候，如果传入一个 const 类型的容器，编译器马上就会弹出一大堆错误信息。原因就在于，`T::iterator`并不能包括所有的迭代器类型，当 T 是一个 const 容器时，应当使用 const\_iterator。  
  
要想解决这个问题，在之前的 C++98/03 版本下只能想办法把 const 类型的容器用模板特化单独处理，增加了不少工作量，看起来也非常晦涩。但是有了 C++11 的 decltype 关键字，就可以直接这样写：

template <typename T>
    class Base 
    {
    public:
        void func(T& container) 
        {
            m_it = container.begin();
        }
    
    private:
        decltype(T().begin()) m_it; //注意这里
    };

看起来是不是很清爽？  
  
注意，有些低版本的编译器不支持`T().begin()`这种写法，以上代码我在 VS2019 下测试通过，在 VS2015 下测试失败。