C++ decltype 类型推导

decltype 说明符（C++11）

C++11 引入了 decltype 说明符，decltype 可以获取一个对象或者表达式的类型。

使用起来也很简单：

#include 

int main() {
    int x1 = 0;
    decltype(x1) x2 = 0;        // x2 被推导为 int 类型（变量 x1 的类型）
    std::cout << typeid(x2).name() << std::endl; 

    double x3 = 0;
    decltype(x1 + x3) x4 = x1 + x3;     // x4 被推导为 double 类型（表达式 x1 + x3 的类型）
    std::cout << typeid(x4).name() << std::endl;
    return 0;
}
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运行结果：

linrongjian@hhb-ssd:/data/modern_cpp$ g++ -std=c++11 decltype_example.cpp -o decltype_example
linrongjian@hhb-ssd:/data/modern_cpp$ ./decltype_example 
i
d
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相比 auto，decltype 除了可以推导表达式的类型，还可以用来推导类中的非静态成员变量的类型（auto 是不可以的），

使用 decltype 保留auto 的引用属性（C++14）

之前讲 auto 关键字的时候说过 auto 的推导规则其中之一是：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。

比如下面的代码：

#include 
#include 
#include 

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

int main() {
    int x1 = 0;
    static_assert(std::is_reference_v);
}
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我们引用传递参数 t，希望 return_ref 可以返回一个引用，然而事实上这里 auto 被推导为值类型：

一个解决办法是给 auto 加上 &，另一个解决办法就是使用 decltype 作为尾置返回类型：

#include 
#include 
#include 

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

int main() {
    int x1 = 0;
    static_assert(std::is_reference_v);
}
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decltype 的推导规则

对于一个类型为 T 的变量或者表达式 e，decltype(e) 的推导规则有 5 条：

1. 如果 e 是一个未加括号的表达式（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 e 的类型是 T。

   如果不存在这样的类型（比如表达式里的变量不在当前作用域内）或者 e 是重载函数（运行时多态，decltype 要求是编译期确定返回类型），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&。

   这就是上面的那个例子返回的是一个引用的原因。

4. 如果 e 是一个类型为 T 的将亡值，则 decltype(e) 是 T&&。

5. 其他情况，decltype(e) 是 T。

cv 限定符（const / volatile）的推导

decltype(e) 推导的类型会同步 e 的 cv 限定符。

比如：

const int i = 0;
decltype(i);	// declytpe(i) 推导类型为 const（注意这里和 auto 的不同）
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如果 e 是类的成员变量时，要同步 cv 限定符需要加上括号。

struct A {
    double x;
};
const A* a = new A();
decltype(a->x);		// decltype(a->x) 推导类型为 double，const 属性被忽略
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上面的代码没有给 a->x 加上括号，推导的类型没有 const 属性，带上括号之后推导类型为 const double：

struct A {
    double x;
};
const A* a = new A();
decltype((a->x));	// decltype((a->x)) 推导类型为 const double
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总结：当 e 是加上了括号的数据成员时，父对象表达式的 cv 限定符会同步到推导结果。

decltype(auto) （C++14）

C++14 运行时用 decltype(auto) 告诉编译器使用 decltype 的规则来推导 auto.

decltype(auto) 必须单独使用，也就是不能再给它加上指针、引用还有 cv 属性。

再看之前的 return_ref 的例子，如果我们还是想用 auto 来给 return_ref 函数返回一个引用，而我们却不想使用 auto&（在泛型编程的情况下只能表现引用语义的表达能力是不够的），就可以使用 decltype(auto)：

#include 
#include 
#include 

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

int main() {
    int x1 = 0;
    static_assert(std::is_reference_v);
}
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这里由于使用了 decltype(auto)，因此 auto 按照 decltype 的规则来推导类型，这里 e 是个左值引用，按照推导规则 3，返回一个引用，所以我们的断言可以通过。

参考资料

1. 现代C++语言核心特性解析
2. cppreference: decltype specifier