C++11之后的decltype类型指示符详解

目录

• 一、什么是decltype类型指示符
• 二、typeid运算符
• 三、使用decltype指示符
• 四、decltype和引用
• 五、decltype(auto)
• 六、本章代码汇总

一、什么是decltype类型指示符

有时会遇到这种情况：希望从表达式的类型推断出要定义的变量的类型，但是不想用该表达式的值初始化变量。为了满足这一要求，C++11 新标准引入了另一种类型说明符 decltype ，它的作用是选择并返回操作数的数据类型。在此过程中，编译器分析表达式并得到它的类型，却并不实际计算表达式的值。

decltype(f()) sum = x;  // sum 的类型就是函数f的返回类型

编译器并不实际调用函数f，而是使用当调用发生时f的返回值类型作为sum的类型。换句话说，编译器为sum指定的类型是什么呢？就是假如f被调用的话将会返回的那个类型。

二、typeid运算符

C++标准提供了一个typeid运算符来获取与目标操作数类型有关的信息。获取的类型信息会包含在一个类型为std::type_info的对象里。我们可以调用成员函数name获取其类型名，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;
}

值得注意的是，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。比如，MSVC会输出一个符合程序员阅读习惯的名称，而GCC则会输出一个它自定义的名称。

另外，还有3点也需要注意。

1. typeid的返回值是一个左值，且其生命周期一直被扩展到程序生命周期结束。
2. 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，例如：

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*

3.typeid的返回值总是忽略类型的 cv 限定符，也就是

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

gcc的扩展中还提供了一个名为typeof的运算符，它可以在编译期就获取操作数的具体类型，但typeof并不是C++ 标准。typeid可以获取类型信息并帮助我们判断类型之间的关系，但遗憾的是，它并不能像typeof那样在编译期就确定对象类型。

三、使用decltype指示符

常规用法如下：

int x1 = 0;
decltype(x1) x2 = 0;
std::cout << typeid(x2).name() << std::endl; // x2的类型为int

double x3 = 0;
decltype(x1 + x3) x4 = x1 + x3;
std::cout << typeid(x4).name() << std::endl; // x1+x3的类型为double

decltype({1, 2}) x5; // 编译失败，{1, 2}不是表达式

形参列表中也可以使用：

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

decltype在尾置返回类型时有着很大用处，例如：

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

需要说明的是，上述用法只推荐在C++11标准的编译环境中使用，因为C++14标准已经支持对auto声明的返回类型进行推导了，所以以上代码可以简化为：

#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;
}

那既然在C++14 标准中decltype的作用又被auto代替了，是否从C++14标准以后decltype就没有用武之地了呢？并不是这样的，auto作为返回类型的占位符还存在一些问题，请看下面的例子：

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;

在上面的代码中，我们期望return_ref返回的是一个T的引用类型，但是如果编译此段代码，会发现auto被推导为值类型。如果想正确地返回引用类型，则需要用到decltype说明符，例如：

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

以上两段代码几乎相同，只是在return_ref函数的尾部用decltype(t)声明了返回类型。

当然了，还有一种方法也可以，使用 auto& ：

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

四、decltype和引用

如果 decltype 使用的表达式不是一个变量，则 decltype 返回表达式结果对应的类型。有些表达式将向 decltype 返回一个引用类型。一般当这种情况发生时，意味着该表达式的结果对象能作为一条赋值语句的左值：

int i = 42, *p = &i, &r = i;
decltype(r + 0) b;  // 正确，加法的结果是int，因此b是一个（未初始化的）int
decltype(*p) c;     // 错误，c是int&， 必须初始化

如果表达式的内容是解引用操作，则decltype将得到引用类型，所以decltype(*p)的结果类型是int&，而非int。

decltype 和 auto 的重要区别是，decltype 的结果类型与表达式形式密切相关。有一种情况需要特别注意：对于 decltype 来说，如果变量名加上了一对括号，则得到的类型与不加括号时会有所不同。不加括号的话，得到的结果就是该变量的类型。如果给变量加上了一层或多层括号，编译器就会把它当成是一个表达式。变量是一种可以作为赋值语句左值的特殊表达式，所以这样的decltype就会得到引用类型：

decltype((i)) d;    // 错误，d是int&，必须初始化
decltype(i) e;      // 正确，e是一个未初始化的int

总结就是：

• decltype((val)) 的结果永远是引用。
• decltype(val) 的结果，只有当val本身就是一个引用时，才是引用

五、decltype(auto)

在 C++14 标准中出现了 decltype 和 auto 两个关键字的结合体：decltype(auto)。它的作用简单来说，就是告诉编译器用decltype的推导表达式规则来推导auto。另外需要注意的是，decltype(auto)必须单独声明，也就是它不能结合指针、引用以及cv限定符。

int i;
int&& f();
auto x1a = i; // x1a推导类型为int
decltype(auto) x1d = i; // x1d推导类型为int
auto x2a = (i); // x2a推导类型为int
decltype(auto) x2d = (i); // x2d推导类型为int&
auto x3a = f(); // x3a推导类型为int
decltype(auto) x3d = f(); // x3d推导类型为int&&
auto x4a = { 1, 2 }; // x4a推导类型为
std::initializer_list<int>
decltype(auto) x4d = { 1, 2 }; // 编译失败, {1, 2}不是表达式
auto *x5a = &i; // x5a推导类型为int*
decltype(auto)*x5d = &i; // 编译失败，decltype(auto)必须单独声明

有了decltype(auto)之后，我们又多了一种返回引用的形式：

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

在C++17 标准中，decltype(auto)还能作为非类型模板形参的占位符，例如：

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

六、本章代码汇总

#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;
}

到此这篇关于C++11之后的decltype类型指示符的文章就介绍到这了,更多相关C++11 decltype类型指示符内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！