VC10中的C++0x特性 part 3 : 声明之类型

转自：VC10中的C++0x特性 part 3 : 声明之类型

简介

这一系列文章介绍Microsoft Visual Studio 2010 中支持的C++ 0x特性，目前有三部分。

Part 1 ：介绍了Lambdas，赋予新意义的auto，以及 static_assert；

Part 2 ：介绍了右值引用（Rvalue References）；

Part 3 ：介绍了表达式类型（decltype）。

今天我要讲 decltype，它让完美转发函数能够返回任意类型的东西。对编写高度泛型的人来说这是很有趣的的特性。

返回类型问题

C++98/03 有一个有意思的盲点：给定一个像 x * y 的表达式， x 和 y 是任意类型，你却没法知道 x * y 的类型。假如 x 是 Watts 类型的， y 是 Seconds 类型的，那 x * y 的类型可能会是 Joules 类型的。给定声明 print（const T& t），调用 print（ x * y ），在这里 T 会被推导为 Joules 类型。但反过来却不是这样的：当你写个函数 multiply（const A& a， const B& b），你无法指定它的通用返回类型。即使是实例化成 multiply<A， B>（），编译器也晓得 x * y 的类型，但你就是没办法得到那样的信息（指返回类型）。C++0x 中的关键词 decltype 扫除了这个盲点，让你能够说“ multiply（）返回 x * y 类型的东西”。（decltype 是 "declared type" 的缩写，我把它读作谐音 “speckle type”。）

decltype：模式

下面是一个完全泛化的封装 +（）操作符的函数因子。这个“加法”因子不是一个模板，但它有一个模板函数，这个模板函数带两个任意类型（当然是不同类型的）参数，并把它们想加，然后返回任意类型（可能跟两个参数的类型完全不同）的结果。

C：\Temp>type plus.cpp

#include <algorithm>

#include <iostream>

#include <iterator>

#include <ostream>

#include <string>

#include <utility>

#include <vector>

using namespace std；

struct Plus {

template <typename T， typename U>

auto operator（）（T&& t， U&& u） const

-> decltype（forward<T>（t） + forward（u）） {

return forward<T>（t） + forward（u）；

}

}；

int main（） {

vector<int> i；

i.push_back（1）；

i.push_back（2）；

i.push_back（3）；

vector<int> j；

j.push_back（40）；

j.push_back（50）；

j.push_back（60）；

vector<int> k；

vector<string> s；

s.push_back（"cut"）；

s.push_back（"flu"）；

s.push_back（"kit"）；

vector<string> t；

t.push_back（"e"）；

t.push_back（"ffy"）；

t.push_back（"tens"）；

vector<string> u；

transform（i.begin（）， i.end（）， j.begin（）， back_inserter（k）， Plus（））；

transform（s.begin（）， s.end（）， t.begin（）， back_inserter（u）， Plus（））；

for_each（k.begin（）， k.end（）， []（int n） { cout << n << " "； }）；

cout << endl；

for_each（u.begin（）， u.end（）， []（const string& r） { cout << r << " "； }）；

cout << endl；

}

C：\Temp>cl /EHsc /nologo /W4 plus.cpp

plus.cpp

C：\Temp>plus

41 52 63

cute fluffy kittens

拿 C++98/03 <functional> 中的 std：：plus<T> （在 C++0x 没有变动）来作对比，后者是一个类模板，你不得不传递模板参数类型来调用 plus<int>（）和 plus<string>（），重复声明一次元素类型。并且后者那个形式为 T operator（）（const T& x， const T& y）的非模板函数调用操作符，如果不借助于隐式类型转换，就不能将两种不同类型的东西相加，更不用说 3 种不同类型的情况了（译注：两个参数类型 + 一个返回类型）。（你可以传递 string 和 const char * 类型的实参来调用 const plus<string>（），那样的话就会在串接操作之前，基于第二个参数（const char *）构建一个临时 string，这样做在性能上不可取）。再者，因为它的参数是 const T& 形式的，这就不能使用 C++0x 的 move 语意来获得好处。Plus 避免了上述问题：调用 Plus（）不需要重复声明元素的类型，它也可以处理 “3 种” 不同类型的情况，并且它用了完美转发，因而能够使用 move 语意。

trailing return type

现在让我们再来看看这个模板函数调用操作符：

template <typename T， typename U>

auto operator（）（T&& t， U&& u） const

-> decltype（forward<T>（t） + forward（u）） {

return forward<T>（t） + forward（u）；

}

这里的 auto 与 for （ auto i = v.begin（）； i ！= v.end（）； ++i）中的含义完全不同，在 for 中它是指“把用来初始化对象的类型当做对象的类型”，而在这里它是指“这个函数有 trailing-return-type，只有指定实参之后，才能确定它返回什么类型”（C++0x 提案 N2857 中把这个称作 “late-specified return type”，但它将被重命名为 “trailing-retrun-type”（提案 N2859 ））。这里看起来和 lambda 函数是如何指定返回类型的很相似，其实它们就是一样的。lambda 函数的返回类型必须出现在 lambda 导引符 [] 之后（右边）。在这里，decltype-powered 类型也必须出现在函数参数 t 和 u 之后（右边）。autoT 和 U 对它是可见的，但是函数参数 t 和 u 还不可见，这就是为什么需要 decltype 的原因。（从技术上来讲， decltype（forward<T>（*static_cast<T *>（0）） + forward（*static_cast（0）））可以在左边出现，但那看起来会让人不舒服）。

至于在返回语句中还要使用与传给 decltype 的表达式相同的形式，是为了确保在任何情况下都能正确工作。（突击测验：为什么 decltype（t + u）就不对呢？）。这里的重复是不可避免的，但因为集中-只出现一次且代码位置靠近，所以不会有什么危险。

另一个例子

考虑到例子的完整性，下面是一个 “3种” 不同类型的示例：

C：\Temp>type mult.cpp

#include <algorithm>

#include <iostream>

#include <iterator>

#include <ostream>

#include <utility>

#include <vector>

using namespace std；

struct Multiplies {

template <typename T， typename U>

auto operator（）（T&& t， U&& u） const

-> decltype（forward<T>（t） * forward（u）） {

return forward<T>（t） * forward（u）；

}

}；

class Watts {

public：

explicit Watts（const int n）： m_n（n） { }

int get（） const { return m_n； }

private：

int m_n；

}；

class Seconds {

public：

explicit Seconds（const int n）： m_n（n） { }

int get（） const { return m_n； }

private：

int m_n；

}；

class Joules {

public：

explicit Joules（const int n）： m_n（n） { }

int get（） const { return m_n； }

private：

int m_n；

}；

Joules operator*（const Watts& w， const Seconds& s） {

return Joules（w.get（） * s.get（））；

}

int main（） {

vector<Watts> w；

w.push_back（Watts（2））；

w.push_back（Watts（3））；

w.push_back（Watts（4））；

vector<Seconds> s；

s.push_back（Seconds（5））；

s.push_back（Seconds（6））；

s.push_back（Seconds（7））；

vector<Joules> j；

transform（w.begin（）， w.end（）， s.begin（）， back_inserter（j）， Multiplies（））；

for_each（j.begin（）， j.end（）， []（const Joules& r） { cout << r.get（） << endl； }）；

}

C：\Temp>cl /EHsc /nologo /W4 mult.cpp

mult.cpp

C：\Temp>mult

你可能会问“所有的这些处理真的有必要么”，答案是 Yes ，有必要。我已经介绍了完美转发和 decltype 是如何让算术运算函数因子使用起来更容易（不用重复声明元素类型），更灵活（可以混合使用不同的参数和返回类型），更有效率（使用 move 语意）。最重要的是，完美转发和 decltype 让你能够编写更简洁明了的代码，而不灵活和低效的代码不是简洁明了的-这点是我们无法忽视的。

高级规则

decltype 是有一些规则来驱动的。然而，如果你遵照上面的模式就没关系，能正常工作。我很少那样说 C++ ，但是在这里是这样的。

虽然大多数 decltype 应用遵循上面介绍的模式，但 decltype 还可以用于其他环境。在那些情况下，你就用到了 decltype 的高级模式，你应该全面地阅读那些规则，它们在 C++0x 提案 N2857 7.1.6.2 [dcl.type.simple]/4 中被给出。

等等，还有一些要说的

decltype 是第五个且是最后一个添加到VC10中的 C++0x 核心语言特性。虽然VC10 CTP中还没有，但 VC10 Bata 1中会有。而且 VC10 Beta 1 中还有很多 C++0x 标准库特性，我会在后续文章中介绍它们。

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