C++ decltype类型推导完全攻略

decltype 是 C++11 新增的一个关键字，它和 auto 的功能一样，都用来在编译时期进行自动类型推导。不了解 auto 用法的读者请转到《C++ auto》。

decltype 是“declare type”的缩写，译为“声明类型”。

既然已经有了 auto 关键字，为什么还需要 decltype 关键字呢？因为 auto 并不适用于所有的自动类型推导场景，在某些特殊情况下 auto 用起来非常不方便，甚至压根无法使用，所以 decltype 关键字也被引入到 C++11 中。

auto 和 decltype 关键字都可以自动推导出变量的类型，但它们的用法是有区别的：

auto varname = value;
decltype(exp) varname = value;

其中，varname 表示变量名，value 表示赋给变量的值，exp 表示一个表达式。

auto 根据=右边的初始值 value 推导出变量的类型，而 decltype 根据 exp 表达式推导出变量的类型，跟=右边的 value 没有关系。

另外，auto 要求变量必须初始化，而 decltype 不要求。这很容易理解，auto 是根据变量的初始值来推导出变量类型的，如果不初始化，变量的类型也就无法推导了。decltype 可以写成下面的形式：

decltype(exp) varname;

exp 注意事项

原则上讲，exp 就是一个普通的表达式，它可以是任意复杂的形式，但是我们必须要保证 exp 的结果是有类型的，不能是 void；例如，当 exp 调用一个返回值类型为 void 的函数时，exp 的结果也是 void 类型，此时就会导致编译错误。

C++ decltype 用法举例：

int a = 0;
decltype(a) b = 1;  //b 被推导成了 int
decltype(10.8) x = 5.5;  //x 被推导成了 double
decltype(x + 100) y;  //y 被推导成了 double

可以看到，decltype 能够根据变量、字面量、带有运算符的表达式推导出变量的类型。读者请留意第 4 行，y 没有被初始化。

decltype 推导规则

上面的例子让我们初步感受了一下 decltype 的用法，但你不要认为 decltype 就这么简单，它的玩法实际上可以非常复杂。当程序员使用 decltype(exp) 获取类型时，编译器将根据以下三条规则得出结果：

如果 exp 是一个不被括号( )包围的表达式，或者是一个类成员访问表达式，或者是一个单独的变量，那么 decltype(exp) 的类型就和 exp 一致，这是最普遍最常见的情况。
如果 exp 是函数调用，那么 decltype(exp) 的类型就和函数返回值的类型一致。
如果 exp 是一个左值，或者被括号( )包围，那么 decltype(exp) 的类型就是 exp 的引用；假设 exp 的类型为 T，那么 decltype(exp) 的类型就是 T&。

为了更好地理解 decltype 的推导规则，下面来看几个实际的例子。

【实例1】exp 是一个普通表达式：

#include <string>
using namespace std;

class Student{
public:
    static int total;
    string name;
    int age;
    float scores;
};

int Student::total = 0;

int  main(){
    int n = 0;
    const int &r = n;
    Student stu;

    decltype(n) a = n;  //n 为 int 类型，a 被推导为 int 类型
    decltype(r) b = n;     //r 为 const int& 类型, b 被推导为 const int& 类型
    decltype(Student::total) c = 0;  //total 为类 Student 的一个 int 类型的成员变量，c 被推导为 int 类型
    decltype(stu.name) url = "http://c.biancheng.net/cplus/";  //total 为类 Student 的一个 string 类型的成员变量， url 被推导为 string 类型

    return 0;
}

这段代码很简单，按照推导规则 1，对于一般的表达式，decltype 的推导结果就和这个表达式的类型一致。

【实例2】exp 为函数调用：

//函数声明
int& func_int_r(int, char);  //返回值为 int&
int&& func_int_rr(void);  //返回值为 int&&
int func_int(double);  //返回值为 int

const int& fun_cint_r(int, int, int);  //返回值为 const int&
const int&& func_cint_rr(void);  //返回值为 const int&&

//decltype类型推导
int n = 100;
decltype(func_int_r(100, 'A')) a = n;  //a 的类型为 int&
decltype(func_int_rr()) b = 0;  //b 的类型为 int&&
decltype(func_int(10.5)) c = 0;   //c 的类型为 int

decltype(fun_cint_r(1,2,3))  x = n;    //x 的类型为 const int &
decltype(func_cint_rr()) y = 0;  // y 的类型为 const int&&

需要注意的是，exp 中调用函数时需要带上括号和参数，但这仅仅是形式，并不会真的去执行函数代码。

【实例3】exp 是左值，或者被( )包围：

using namespace std;

class Base{
public:
    int x;
};

int main(){
    const Base obj;

    //带有括号的表达式
    decltype(obj.x) a = 0;  //obj.x 为类的成员访问表达式，符合推导规则一，a 的类型为 int
    decltype((obj.x)) b = a;  //obj.x 带有括号，符合推导规则三，b 的类型为 int&。

    //加法表达式
    int n = 0, m = 0;
    decltype(n + m) c = 0;  //n+m 得到一个右值，符合推导规则一，所以推导结果为 int
    decltype(n = n + m) d = c;  //n=n+m 得到一个左值，符号推导规则三，所以推导结果为 int&

    return 0;
}

这里我们需要重点说一下左值和右值：左值是指那些在表达式执行结束后依然存在的数据，也就是持久性的数据；右值是指那些在表达式执行结束后不再存在的数据，也就是临时性的数据。有一种很简单的方法来区分左值和右值，对表达式取地址，如果编译器不报错就为左值，否则为右值。

decltype 的实际应用

auto 的语法格式比 decltype 简单，所以在一般的类型推导中，使用 auto 比使用 decltype 更加方便，你可以转到《C++ auto》查看很多类似的例子，本节仅演示只能使用 decltype 的情形。

我们知道，auto 只能用于类的静态成员，不能用于类的非静态成员（普通成员），如果我们想推导非静态成员的类型，这个时候就必须使用 decltype 了。下面是一个模板的定义：

#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
class Base {
public:
    void func(T& container) {
        m_it = container.begin();
    }

private:
    typename T::iterator m_it;  //注意这里
};

int main()
{
    const vector<int> v;
    Base<const vector<int>> obj;
    obj.func(v);

    return 0;
}

单独看 Base 类中 m_it 成员的定义，很难看出会有什么错误，但在使用 Base 类的时候，如果传入一个 const 类型的容器，编译器马上就会弹出一大堆错误信息。原因就在于，T::iterator并不能包括所有的迭代器类型，当 T 是一个 const 容器时，应当使用 const_iterator。

要想解决这个问题，在之前的 C++98/03 版本下只能想办法把 const 类型的容器用模板特化单独处理，增加了不少工作量，看起来也非常晦涩。但是有了 C++11 的 decltype 关键字，就可以直接这样写：

template <typename T>
class Base {
public:
    void func(T& container) {
        m_it = container.begin();
    }

private:
    decltype(T().begin()) m_it;  //注意这里
};

看起来是不是很清爽？

注意，有些低版本的编译器不支持T().begin()这种写法，以上代码我在 VS2019 下测试通过，在 VS2015 下测试失败。

C++ decltype类型推导完全攻略

exp 注意事项

decltype 推导规则

decltype 的实际应用

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