decltype
是一个怪异的发明。给定一个变量名或者表达式,decltype
会告诉你这个变量名或表达式的类型。decltype
的返回的类型往往也是你期望的。然而有时候,它提供的结果会使开发者极度抓狂而不得参考其他文献或者在线的Q&A网站。
我们从在典型的情况开始讨论,这种情况下decltype
不会有令人惊讶的行为。与templates
和auto
在类型推导中行为相比(请见条款一和条款二),decltype
一般只是复述一遍你所给他的变量名或者表达式的类型,如下:
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
};
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&
看到没有?毫无令人惊讶的地方。
在C++11中,decltype
最主要的用处可能就是用来声明一个函数模板,在这个函数模板中返回值的类型取决于参数的类型。举个例子,假设我们想写一个函数,这个函数中接受一个支持方括号索引(也就是"[]")的容器作为参数,验证用户的合法性后返回索引结果。这个函数的返回值类型应该和索引操作的返回值类型是一样的。
操作子[]
作用在一个对象类型为T
的容器上得到的返回值类型为T&
。对std::deque
一般是成立的,例如,对std::vector
,这个几乎是处处成立的。然而,对std::vector<bool>
,[]
操作子不是返回bool&
,而是返回一个全新的对象。发生这种情况的原理将在条款六中讨论,对于此处重要的是容器的[]
操作返回的类型是取决于容器的。
decltype
使得这种情况很容易来表达。下面是一个模板程序的部分,展示了如何使用decltype
来求返回值类型。这个模板需要改进一下,但是我们先推迟一下:
template<typename Container, typename Index> // works, but
auto authAndAccess(Container& c, Index i) // requires
-> decltype(c[i]) // refinements
{
authenticateUser();
return c[i];
}
将auto
用在函数名之前和类型推导是没有关系的。更精确地讲,此处使用了C++11
的尾随返回类型技术,即函数的返回值类型在函数参数之后声明(“->”后边)。尾随返回类型的一个优势是在定义返回值类型的时候使用函数参数。例如在函数authAndAccess
中,我们使用了c
和i
定义返回值类型。在传统的方式下,我们在函数名前面声明返回值类型,c
和i
是得不到的,因为此时c
和i
还没被声明。
使用这种类型的声明,authAndAccess
的返回值就是[]
操作子的返回值,这正是我们所期望的。
C++11
允许单语句的lambda
表达式的返回类型被推导,在C++14
中之中行为被拓展到包括多语句的所有的lambda·表达式和函数。在上面
authAndAccess中,意味着在
C++14中我们可以忽略尾随返回类型,仅仅保留开头的
auto`。使用这种形式的声明,
意味着将会使用类型推导。特别注意的是,编译器将从函数的实现来推导这个函数的返回类型:
template<typename Container, typename Index> // C++14;
auto authAndAccess(Container &c, Index i) // not quite
{ // correct
authenticateUser();
return c[i];
} // return type deduced from c[i]
条款二解释说,对使用auto
来表明函数返回类型的情况,编译器使用模板类型推导。但是这样是回产生问题的。正如我们所讨论的,对绝大部分对象类型为T
的容器,[]
操作子返回的类型是&T
, 然而条款一提到,在模板类型推导的过程中,初始表达式的引用会被忽略。思考这对下面代码意味着什么:
std::deque<int> d;
...
authAndAccess(d, 5) = 10; // authenticate user, return d[5],
// then assign 10 to it;
// this won't compile!
此处,d[5]
返回的是int&
,但是authAndAccess
的auto
返回类型声明将会剥离这个引用,从而得到的返回类型是int
。int
作为一个右值成为真正的函数返回类型。上面的代码尝试给一个右值int
赋值为10。这种行为是在C++
中被禁止的,所以代码无法编译通过。
为了让authAndAccess
按照我们的预期工作,我们需要为它的返回值使用decltype
类型推导,即指定authAndAccess
要返回的类型正是表达式c[i]
的返回类型。C++
的拥护者们预期到在某种情况下有使用decltype
类型推导规则的需求,并将这个功能在C++14
中通过decltype(auto)
实现。这使这对原本的冤家(decltype
和auto
)在一起完美地发挥作用:auto
指定需要推导的类型,decltype
表明在推导的过程中使用decltype
推导规则。因此,我们可以重写authAndAccess
如下:
template<typename Container, typename Index> // C++14; works,
decltype(auto) // but still
authAndAccess(Container &c, Index i) // requires
{ // refinement
authenticateUser();
return c[i];
}
现在authAndAccess
的返回类型就是c[i]
的返回类型。在一般情况下,c[i]
返回T&
,authAndAccess
就返回T&
,在不常见的情况下,c[i]
返回一个对象,authAndAccess
也返回一个对象。
decltype(auto)
并不仅限使用在函数返回值类型上。当时想对一个表达式使用decltype
的推导规则时,它也可以很方便的来声明一个变量:
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&
我知道,到目前为止会有两个问题困扰着你。一个是我们前面提到的,对authAndAccess
的改进。我们在这里讨论。
再次看一下C++14
版本的authAndAccess
的声明:
template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) anthAndAccess(Container &c, Index i);
这个容器是通过非const
左值引用传入的,因为通过返回一个容器元素的引用是来修改容器是被允许的。但是这也意味着不可能将右值传入这个函数。右值不能和一个左值引用绑定(除非是const
的左值引用,这不是这里的情况)。
诚然,传递一个右值容器给authAndAccess
是一种极端情况。一个右值容器作为一个临时对象,在 anthAndAccess
所在语句的最后被销毁,意味着对容器中一个元素的引用(这个引用通常是authAndAccess
返回的)在创建它的语句结束的地方将被悬空。然而,这对于传给authAndAccess
一个临时对象是有意义的。一个用户可能仅仅想拷贝一个临时容器中的一个元素,例如:
std::deque<std::string> makeStringDeque(); // factory function
// make copy of 5th element of deque returned
// from makeStringDeque
auto s = authAndAccess(makeStringDeque(), 5);
支持这样的应用意味着我们需要修改authAndAccess
的声明来可以接受左值和右值。重载可以解决这个问题(一个重载负责左值引用参数,另外一个负责右值引用参数),但是我们将有两个函数需要维护。避免这种情况的一个方法是使authAndAccess
有一个既可以绑定左值又可以绑定右值的引用参数,条款24将说明这正是统一引用(universal reference
)所做的。因此authAndAccess
可以像如下声明:
template<typename Container, typename Index> // c is now a
decltype(auto) authAndAccess(Container&& c, // universal
Index i); // reference
在这个模板中,我们不知道我们在操作什么类型的容器,这也意味着我们等同地忽略了它用到的索引对象的类型。对于一个不清楚其类型的对象使用传值传递通常会冒一些风险,比如因为不必要的复制而造成的性能降低,对象切片的行为问题,被同事嘲笑,但是对容器索引的情况,正如一些标准库的索引(std::string, std::vector, std::deque
的[]
操作)按值传递看上去是合理的,因此对它们我们仍坚持按值传递。
然而,我们需要更新这个模板的实现,将std::forward
应用给统一引用,使得它和条款25中的建议是一致的。
template<typename Container, typename Index> // final
decltype(auto) // C++14
authAndAccess(Container&& c, Index i) // version
{
authenticateUser();
return std::forward<Container>(c)[i];
}
这个实现可以做我们期望的任何事情,但是它要求使用支持C++14
的编译器。如果你没有一个这样的编译器,你可以使用这个模板的C++11
版本。它出了要你自己必须指定返回类型以外,和对应的C++14
版本是完全一样的,
template<typename Container, typename Index> // final
auto // C++11
authAndAccess(Container&& c, Index i) // version
-> decltype(std::forward<Container>(c)[i])
{
authenticateUser();
return std::forward<Container>(c)[i];
}
另外一个容易被你挑刺的地方是我在本条款开头的那句话:decltype
几乎所有时候都会输出你所期望的类型,但是有时候它的输出也会令你吃惊。诚实的讲,你不太可能遇到这种以外,除非你是一个重型库的实现人员。
为了彻底的理解decltype
的行为,你必须使你自己对一些特殊情况比较熟悉。这些特殊情况太晦涩难懂,以至于很少有书会像本书一样讨论,但是同时也可以增加我们对decltype
的认识。
对一个变量名使用decltype
得到这个变量名的声明类型。变量名属于左值表达式,但这并不影响decltype
的行为。然而,对于一个比变量名更复杂的左值表达式,decltype
保证返回的类型是左值引用。因此说,如果一个非变量名的类型为T
的左值表达式,decltype
报告的类型是T&
。这很少产生什么影响,因为绝大部分左值表达式的类型有内在的左值引用修饰符。例如,需要返回左值的函数返回的总是左值引用。
这种行为的意义是值得我们注意的。但是在下面这个语句中
int x = 0;
x
是一个变量名,因此decltyper(x)
是int
。但是如果给x
加上括号"(x)"就得到一个比变量名复杂的表达式。作为变量名,x
是一个左值,同时C++
定义表达式(x)
也是左值。因此decltype((x))
是int&
。给一个变量名加上括号会改变decltype
返回的类型。
在C++11
中,这仅仅是个好奇的探索,但是和C==14
中对decltype(auto)
支持相结合,函数中返回语句的一个细小改变会影响对这个函数的推导类型。
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 return int&
}
f2
不仅返回值类型与f1
不同,它返回的是对一个局部变量的引用。这种类型的代码将把你带上一个为定义行为的快速列车-你完全不想登上的列车。
最主要的经验教训就是当使用decltype(auto)
时要多留心一些。被推导的表达式中看上去无关紧要的细节都可能影响decltype
返回的类型。为了保证推导出的类型是你所期望的,请使用条款4中的技术。
同时不能更大视角上的认识。当然,decltype
(无论只有decltype
或者还是和auto
联合使用)有可能偶尔会产生类型推导的惊奇行为,但是这不是常见的情况。一般情况下,decltype
会产生你期望的类型。将decltype
应用于变量名无非是正确的,因为在这种情况下,decltype
做的就是报告这个变量名的声明类型。
要记住的东西 |
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decltype 几乎总是得到一个变量或表达式的类型而不需要任何修改 |
对于非变量名的类型为T 的左值表达式,decltype 总是返回T& |
C++14 支持decltype(auto) ,它的行为就像auto ,从初始化操作来推导类型,但是它推导类型时使用decltype 的规则 |