C++精要分析decltype的作用及用法_C 语言

获取表达式的类型

在编写程序的过程中，我们可能会有一种需求，就是希望可以根据一个变量的类型，来定义具有相同类型的变量。例如定义int x = 0;,那么我们是否可以不使用int关键字，仅使用x就定义一个新的整型变量y呢？

答案是可以的，C++11新增的decltype关键字就是干这个用的。上述需求用代码实现如下：

int x = 0;
decltype(x) y = 2; // y的类型为int

decltype是在编译期用来推导表达式类型的。其语法格式为：decltype(expression)。大家可以看到，decltype是可以对一个表达式取类型的，并不仅是单个的变量。所以，把形式再扩展一下：

int x = 0;
decltype(x) y = 2;
decltype(x + y) z = 3; // z的类型为int

到这一步，相信大家已经可以基本掌握其特性，在工作中能运用了。当然，仅知道这些还是不够的，作为C++程序员怎么能停下探索的脚步呢。

推导规则

decltype的推导规则，是面试中最容易挖坑的地方。你要是不信，那就先回答下面这些问题吧：

const int func_one();
decltype(func_one()) a1 = 0; // a1是什么类型？
struct TestData { int x;};
cosnt TestData b_node = TestData();
decltype(b_node.x) b1 = 0; // b1是什么类型？
decltype((b_node.x)) b2 = b1; // b2是什么类型？
int n = 0, m = 0;
decltype(n + m) c1 = 0; // c1是什么类型？
decltype(n += m) c2 = c1; // c2是什么类型？

注释中有五个问题，如果你全都答对而且不是蒙的，那请开班授课吧，我会第一个报名。先公布一下答案，看看自己答对了多少吧。

a1: int
b1: int
b2: const int &
c1: int 
c2: int &

如果这个答案让你觉得有些晕头转向，不要紧，先来看下规则描述吧：

1. 如果expression表达式是标识符、类访问表达式，decltype(exp)和exp的类型一致；
2. 如果expression是函数调用，则decltype(exp)和返回值的类型一致；
3. 其他情况，如果expression是一个左值，则decltype(exp)是exp类型的左值引用，否则和exp类型一致。

现在，将规则理解之后，再看一遍代码和答案，是否找到规律了呢？相信在面试中遇到这样的问题，你已经可以应对自如了。

返回类型后置

在说明decltype的一个高级用法之前，我们先了解C++11的一个新特性，就是函数返回类型后置。与之相对的，就是返回类型前置，这是我们最熟悉的函数声明格式。例如：int foo();

而返回类型后置的示例如下：

auto foo() -> int {
    return 0;
}

在上面的代码中，auto关键字是一个占位符，int是其实际返回类型。初看起来，后置声明与前置声明在功能上是一样的，那它难道是一个多余的设计吗？它当然自有用武之地。

在需要返回比较复杂的类型时，使用后置式声明可以简化代码并使其可读性更好。例如要返回的类型是函数指针，前置式声明就必须先用typedef进行预定义，否则语法不允许。而后置式声明则可以直接实现，无需预定义，如下代码所示。

int exam(bool b) {
    int ret = -1;
    if (b) {
        ret = 0;
    }
    else if (!b) {
        ret = 1;
    }
    return ret;
}
auto foo() -> int(*)(bool) {
    return exam;
}
int main() {
    auto fn = foo();
    cout << fn(true) << endl;
    cout << fn(false) << endl;
}

高级用法

现在正式介绍decltype与函数返回类型后置相结合，在模板编程中的用法，就是用于推导函数模板的返回类型。之所以将此归为高级用法，也是因为模板在C++中虽然功能强大，但属实复杂不易理解。一般是编写基础功能库或是算法库时，使用到模板的特性。

先看一段示例代码：

template<class T1, class T2>
auto sum(T1 t1, T2 t2) -> decltype(t1 + t2) {
    return t1 + t2;
}
int main() {
    auto ret = sum(4.6, 123);
    cout << ret << endl;
}

其精髓之处，就在于可以灵活支持T1与T2不同类型的组合，而不必为每种返回类型都去写一个实现。例如int+int, double+int, string+string等各种组合情况。

但如果是把decltype(t1 + t2)以前置写法替换auto，则会产生编译错误。道理很简单，编译器对t1+t2的参数类型还一无所知，只有在解析到返回值时，才能最终确定函数的返回类型，这就是decltype加上函数返回类型后置在模板编程中的妙用。