獲取表達式的類型

在編寫程序的過程中，我們可能會有一種需求，就是希望可以根據一個變量的類型，來定義具有相同類型的變量。例如定義int x = 0;,那么我們是否可以不使用int關鍵字，僅使用x就定義一個新的整型變量y呢？

答案是可以的，C++11新增的decltype關鍵字就是干這個用的。上述需求用代碼實現如下：

int x = 0;
decltype(x) y = 2; // y的類型為int

decltype是在編譯期用來推導表達式類型的。其語法格式為：decltype(expression)。大家可以看到，decltype是可以對一個表達式取類型的，并不僅是單個的變量。所以，把形式再擴展一下：

int x = 0;
decltype(x) y = 2;
decltype(x + y) z = 3; // z的類型為int

到這一步，相信大家已經可以基本掌握其特性，在工作中能運用了。當然，僅知道這些還是不夠的，作為C++程序員怎么能停下探索的腳步呢。

推導規則

decltype的推導規則，是面試中最容易挖坑的地方。你要是不信，那就先回答下面這些問題吧：

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

注釋中有五個問題，如果你全都答對而且不是蒙的，那請開班授課吧，我會第一個報名。先公布一下答案，看看自己答對了多少吧。

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

如果這個答案讓你覺得有些暈頭轉向，不要緊，先來看下規則描述吧：

1. 如果expression表達式是標識符、類訪問表達式，decltype(exp)和exp的類型一致；
2. 如果expression是函數調用，則decltype(exp)和返回值的類型一致；
3. 其他情況，如果expression是一個左值，則decltype(exp)是exp類型的左值引用，否則和exp類型一致。

現在，將規則理解之后，再看一遍代碼和答案，是否找到規律了呢？相信在面試中遇到這樣的問題，你已經可以應對自如了。

返回類型后置

在說明decltype的一個高級用法之前，我們先了解C++11的一個新特性，就是函數返回類型后置。與之相對的，就是返回類型前置，這是我們最熟悉的函數聲明格式。例如：int foo();

而返回類型后置的示例如下：

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

在上面的代碼中，auto關鍵字是一個占位符，int是其實際返回類型。初看起來，后置聲明與前置聲明在功能上是一樣的，那它難道是一個多余的設計嗎？它當然自有用武之地。

在需要返回比較復雜的類型時，使用后置式聲明可以簡化代碼并使其可讀性更好。例如要返回的類型是函數指針，前置式聲明就必須先用typedef進行預定義，否則語法不允許。而后置式聲明則可以直接實現，無需預定義，如下代碼所示。

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;
}

高級用法

現在正式介紹decltype與函數返回類型后置相結合，在模板編程中的用法，就是用于推導函數模板的返回類型。之所以將此歸為高級用法，也是因為模板在C++中雖然功能強大，但屬實復雜不易理解。一般是編寫基礎功能庫或是算法庫時，使用到模板的特性。

先看一段示例代碼：

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;
}

其精髓之處，就在于可以靈活支持T1與T2不同類型的組合，而不必為每種返回類型都去寫一個實現。例如int+int, double+int, string+string等各種組合情況。

但如果是把decltype(t1 + t2)以前置寫法替換auto，則會產生編譯錯誤。道理很簡單，編譯器對t1+t2的參數類型還一無所知，只有在解析到返回值時，才能最終確定函數的返回類型，這就是decltype加上函數返回類型后置在模板編程中的妙用。