《Effective Modern C++》Item 3: Understand decltype.

引子

decltype是C++中的一个老特性了，绝大多数情况它会让你获得你期望的类型。当然，凡事都有特例，我们需要稍微注意一下，除了避免踩坑以外，也能帮助我们进一步了解类型推导。

正文

1.普通情形

我们先预热一下，看看decltype确实是大部分时候是符合预期的：

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&)

struct Point {
  int x, y;                     // decltype(Point::x) is int
};                              // decltype(Point::y) is int

Widget w;                       // decltype(w) is Widget

if (f(w)) ...                   // decltype(f(w)) is bool

template<typename T>            // simplified version of std::vector
class vector {
public:
  ...
  T& operator[](std::size_t index);
  ...
};

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

2.保留引用属性

如果只有这些内容，也没必要单独开一篇文章了。为了展示更多的内容，我们考虑一个特殊的应用场景：某个函数传入一个container和下标，我们希望在函数末尾返回这个下标所指的值并保留其类型。这是由于operator[]会返回引用类型，我们希望在访问这个元素完毕后，返回的类型仍然是引用类型，这样方便我们进一步对其进行赋值。先给出一个可行的例子：

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

这里箭头是C++11中的trailing return type，但是这不是我们本文的要点，读者可自行谷歌了解。在上面的写法中，我们会得到我们希望的类型，即c[i]返回的类型——引用类型。

在C++14中，我们有了新的写法：

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

但是需要注意的是，上面的decltype(auto)不能替换成auto。原因正如我们Item 2中所讲的，如果使用auto，我们会用模板类型推导规则去推导auto的类型，这样会丢失掉引用属性。

这里decltype(auto)保留参数完整类型的特性不仅仅可以用在函数返回值，在普通的变量声明中也有类似的性质：

Widget w;
const Widget& cw = w;

auto myWidget1 = cw;            // auto type deduction: myWidget1's type is Widget

decltype(auto) myWidget2 = cw;  // decltype type deduction:
                                // myWidget2's type is const Widget&

那么上面的样例是不是最终我们需要的代码呢，答案是否定的。前面传入的参数都是lvalue，如果我们传入rvalue会出现错误，因为rvalue没法赋予给一个引用，故无法通过编译。但是好在我们有universal引用，即T&&，它即可接受lvalue也可以接受rvalue。

在引入了universal引用后，我们还需要再做一点优化，尽管它不属于decltype的范畴，但是我们这里利用了std::forward来实现引用的完美转发，原因我们在后面的文章会经一步介绍。

所以最后我们C++14的代码版本为(C++11类似，但稍微麻烦点)：

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

3.处理表达式时的例外

看到这里，你会发现确实如文章开头所说，decltype表现出了优秀的特性：它保留了变量的原有属性，没有任何修改。

但是凡事都有例外，即在处理类型为T的lvalue的表达式时，decltype返回的结果为T&。这在大多数时候没什么问题，因为lvalue本身就内涵了它的引用。但是考虑下面的代码：

decltype(auto) f1() 
{
  int x = 0; 
  ...
  return x;             // decltype(x) is int, so f1 returns int
}

decltype(auto) f2() {
  int x = 0;
  ...
  return (x);           // decltype((x)) is int&, so f2 returns int&
}

你会发现，f2()返回值居然是一个本地变量的引用，这在C++中将出现undefined的行为，仅仅可能因为你最后手误多打了个括号。

所以decltype是一把双刃剑，大多数时候能帮我们解决问题，但是偶尔也会挖坑给用户。

总结

最后还是文章末尾S.M.老爷子的tips:

1.decltype几乎总是返回变量或者表达式本身的类型，而不做任何修改
2.对于一个类型为T的lvalue表达式(而不是名字)，decltype则会返回T&
3.C++14中支持decltype(auto)，它也会做类型推导，但是应用的是上面decltype的规则。