Item 3: Understand decltype

这次是对 Effective Modern C++ Item3 的学习笔记。

给定一个名字或者表达式，decltype 返回名字或者表达式的类型。大多数情况下，decltype 都能返回你所期望的结果，但也有一些特殊情况。

下面给出一些典型场景下，decltype 的返回结果，正如你所期望的那样：

const int i = 0; // decltype(i) is const intbool 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 intWidget w; // decltype(w) is Widgetif (f(w)) ... // decltype(f(w)) is booltemplate<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&

在C++11中，可能 decltype 基本的应用就是申明函数模板，它的返回值类型取决于其参数类型。例如，我们有这样一个函数，传入一个容器和下标，期望在函数末尾返回下标指向的值，并且保留返回值的类型。由于容器的 operatpr[] 通常返回一个 T& （但是，std::vector<bool>，opertor[] 返回的不是一个 bool&，这个我们在 Item6 中再讨论），我们期望在函数末尾返回的也是引用类型，以便于我们对其进一步赋值。使用 decltype 达成这样的目标：

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

这里使用了拖尾返回值类型的语法，也即在箭头后声明返回值类型，这里可以返回我们期望的引用类型。

C++14可以省略拖尾返回值的声明，这意味着 auto 需要通过编译器根据函数的实现进行类型推导得到：

template<typename Container, typename Index>   // C++14; not quite correct
auto authAndAccess(Container& c, Index i)
{authenticateUser();return c[i];    // return type deduced from c[i]
}

但是 Item1 和 Item2 的推导规则告诉我们，在模板类型推导中，表达式初始化的引用属性将被忽略。考虑下面的代码片段：

std::deque<int> d;
...
authAndAccess(d, 5) = 10;   // authenticate user, return d[5], then assign 10 to it; this won't compile!

这里，d[5] 是一个 int&，但是根据 auto的类型推导，authAndAccess 函数将会返回一个 int 类型，作为函数返回值，即一个 int 类型的值，这是一个右值，那么对其进行赋值是非法的。

为了得到我们期望的结果，也即返回引用类型，我们需要使用 decltype 的类型推导：decltype(auto)，auto 表示类型需要推导，decltype 表示使用 decltype 规则进行推导，我们修改函数实现如下：

template<typename Container, typename Index>   // C++14; works, but still requires refinement
decltype(auto) authAndAccess(Container& c, Index i)
{authenticateUser();return c[i];
}

这里，authAndAccess 将真正返回 c[i] 的类型，也即 T&。

decltype(auto) 不限于用在函数返回值，也可以用在变量申明，例如：

Widget w;
const Widget& cw = w;
auto myWidget1 = cw;    // auto type deduction: myWidget1's type is Widgetdecltype(auto) myWidget2 = cw;   // decltype type deduction: myWidget2's type is const Widget&

还有两点需要进一步讨论下，第一点是上面提到的 authAndAccess 还可以进一步优化的事情。让我们再看下 authAndAccess 的声明：

template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container& c, Index i);

这里，Container 传参是一个 lvalue-reference-to-non-const，返回值的类型是可以被修改的，这也就意味着我们不能传右值 containers，右值不能绑定到左值引用（除非是 lvalue-references-to-const ）。

一个比较好的解决方案是万能引用！如下：

template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container&& c, Index i);    // c is now a universal reference

在这个模板中，既可以传左值，也可以传右值。但是这里有一个不好地方上是：值传递会造成不必要的拷贝。

为了遵循 Item25 中的警告，我们需要修改下如下：

template<typename Container, typename Index>  // final C++14 version
decltype(auto)
authAndAccess(Container&& c, Index i)
{authenticateUser();return std::forward<Container>(c)[i];
}

以上需要 C++14 的编译器，C++11 版本的写法：

template<typename Container, typename Index>   // final C++11 version
auto authAndAccess(Container&& c, Index i)
-> decltype(std::forward<Container>(c)[i])
{authenticateUser();return std::forward<Container>(c)[i];
}

另一问题是开头说的少数场景下，decltype 可能返回不是你所预期的结果。对于一个左值表达式 expr，如果 expr 的类型是 T，decltype(expr) 返回的是 T&。

int x = 0;

decltype(x) 是 int。但是对于 (x) 是一个左值表达式，则decltype((x)) 得到 int&。

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&
}

f2 和 f1 的返回值不同，f2 返回了一个局部变量的引用，这是相当危险的。

因此，在使用 decltype 的时候，建议使用 Item4 中的方法进行检查，确保得到你期望的类型推导。

最后，总结如下：

decltype几乎总是能够得出变量或者表达式的类型。
对于类型为 T 的左值表达式，而不是名字，decltype 基本上总是输出 T&。
C++14支持 delctype(auto)，像是 auto，能够自动从初始化列表中推断出类型，但它使用的是decltype 的推断规则。

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