1decltype()说明符
1.1decltype()的定义
decltype()说明符是C++11引入的一个语言特性，用于检查一个实体（entity）的声明类型，或者一个表达式（expression）的类型和值类别。decltype是“declaretype”的缩写，可以理解是“声明类型”。但是decltype()说明符的作用不是简单的声明，它还会自动推导类型。decltype()说明符的语法定义为：decltype(entity)decltype(expression)
对于decltype()的返回值有以下4个说明：
(1)如果entity是一个没有带括号的标识符表达式（identifierexpression,id-expression）或者是没带括号的类（或struct）成员访问表达式，则decltype()返回这个entity所命名的实体的类型；
(2)如果expression是一个关于T的表达式，且其值是将亡值类型的右值，则decltype()的结果是T类型；
(3)如果expression是一个关于T的表达式，且其值是左值类型，则decltype()的结果是T类型；
(4)如果expression是一个关于T的表达式，且其值是纯右值类型，则decltype()的结果是T类型；
简单地理解，decltype()对于标识符表达式，返回的结果就是标识符的定义类型，对于其他表达式类型，则进行自动推导。这里对第1条的标识符表达式做个解释。在C/C++中，一个命名函数、变量、枚举项的标识符同时也是一个表达式，当标识符作为一个表达式时，就被称为标识符表达式，该表达式的结果是这个标识符所命名的实体。举个例子，charsdata[32]定义了一个数组，其中sdata就是标识符，当它单独出现时就是标识符表达式，而sdata[0]、sdata[3]+5之类的表达式就不是标识符表达式。那么，加个括号就这么神奇吗？是的，就是这么神奇，因为括号改变了求值顺序，decltype()在推导类型之前，必须先对括号内的表达式的值进行评估，然后对评估的结果进行推导。所以，加了括号之后，原来的标识符表达式就变成了普通的表达式，推导的结果就从实体的类型变成了表达式的类型。看这个例子：structA{doublex;};constA*a;static_assert(std::is_same_vdecltype(A::x),double);//带限定的标识符表达式，A::x实体的类型是doublestatic_assert(std::is_same_vdecltype((A::x)),double);//加括号了，符合第3条static_assert(std::is_same_vdecltype(a-x),double);//x是double类型static_assert(std::is_same_vdecltype((a-x)),constdouble);//(a-x)是左值表达式
不加括号时，a-x是成员访问表达式，表示要推导的是a中名字为x的这个实体的类型，当然就是double类型了。加了括号就变成了左值表达式。因为a是个const指针，所以a-x是个constdouble，根据第3条的说明，decltype((a-x))的结果就是constdouble类型。另外需要说明一点，decltype()的类型推导是在编译期间完成的，所以可以用静态断言static_assert对结果进行断言。
再看下面这个例子：inti=0;decltype(i)j=4;//正确，decltype(i)得到的是int类型decltype((i))k=4;//错误，decltype((i))得到的是int类型，只能绑定到一个int变量上decltype((i))m=i;//正确，相当于intm=i
表达式(i)的结果是一个左值类型，所以得到一个int类型，只能绑定到一个左值上，4是右值，所以不正确。
1.2decltype()的使用
decltype()可用于普通函数或成员函数的类型推导：constintgetRef(constint*p){return*p;}static_assert(std::is_same_vdecltype(getRef),constint(constint*));//getRef是标识符表达式，符合第1条structB{doubleGetXValue(){return5.4;}};double(B::*p)()=B::GetXValue;static_assert(std::is_same_vdecltype(p),double(B::*)());static_assert(std::is_same_vdecltype(B::GetXValue),double(B::*)());
1.2.2左值和右值
根据1.1节的说明2-4，对于类型为T的表达式的类型推导，主要看表达式是左值还是右值，以及何种右值。在下面这个例子中，i++是一个典型的纯右值，但是++i是一个左值。很多人简单地认为凡是表达式都是右值，其实是不正确的。static_assert(std::is_same_vdecltype(i++),int);//i++是纯右值static_assert(std::is_same_vdecltype(++i),int);//++i是左值intd1,d2;static_assert(std::is_same_vdecltype(d1+d2),int);//d1+d2是右值static_assert(std::is_same_vdecltype(d1=d2),int);//d1=d2是左值字符串字面量是左值，很多人认为它是右值，但是它是const类型的左值：
static_assert(std::is_same_vdecltype("hello"),constchar()[6]);//"hello"类型是constchar[6]
数字字面量是纯右值：
static_assert(std::is_same_vdecltype(42),int);右值引用具名后可当左值，但是从类型上理解，它依然是右值引用：
intrri=std::move(i);rri=10;static_assert(std::is_same_vdecltype(rri),int);//符合第1条说明
将亡值得到相关的右值引用类型：
static_assert(std::is_same_vdecltype(std::move(i)),int);函数调用的类型由函数返回值类型决定：
constintgetRef(constint*p);constintFunc();static_assert(std::is_same_vdecltype(getRef(nullptr)),constint);static_assert(std::is_same_vdecltype(Func()),constint);
1.3C++17的变化
C++17因为引入了结构化绑定等语法元素，所以对decltype()引入了3条新的说明：(5)如果entity是没有括号的结构化绑定变量名（标识符表达式），则decltype()的结果与std::tuple_elementN()的结果和cv限定符（cv-qualified）有关，与引用限定符（ref-qualifier）无关；
(6)如果expression是一个返回类类型的纯右值，或是最右边是个函数调用的逗号表达式，则decltype()推导类型时不会为这个纯右值生成临时对象；
(7)如果expression是一个纯右值（prvalue）而不是一个（可能带括号的）立即调用（immediateinvocation），则临时对象不会从这个纯右值具体化，因为这样的纯右值不是一个需要结果的对象；
对第5条解释一下，对于结构化绑定变量的类型，由支持结构化绑定对象的std::tuple_elementN()返回的类型决定，与结构化绑定使用的引用限定符（ref-qualifier）无关。以下面的代码为例：std::tupleint,inttp(42,i);auto[x,y]=tp;static_assert(std::is_same_vdecltype(x),int);\\intstatic_assert(std::is_same_vdecltype(y),int);\\intauto[rx,ry]=tp;//无论是使用还是，结果都一样static_assert(std::is_same_vdecltype(rx),int);static_assert(std::is_same_vdecltype(ry),int);
虽然与引用限定符无关，但是结构化绑定的cv限定符（cv-qualified）却会对结果产生影响。但是如果cv限定符与std::tuple_elementN()得到的结果冲突，则cv的限定失效。以const限定为例，看一下下面的例子：
intk=42;std::tupleint,inttp(42,k);constauto[cx,cy]=tp;static_assert(std::is_same_vdecltype(cx),constint);static_assert(std::is_same_vdecltype(cy),int);//以std::tuple_elementN()返回结果为准
在这个例子中，cx与tp的第1个元素的值是单向绑定，cx的值是42，但是与tp的第一个元素就没有任何关系了，所以此时const限定符对cx是生效的，cx的类型就会被推导为constint类型。但是tp的第2个元素是对k的引用，结构化绑定变量cy也是对k的引用，此时const限定符就会产生冲突，因为依然可以通过对k的赋值同时影响tp和cy，是的const的限制没有意义，所以cy的类型仍然被推导为int。
对第6条和第7条的解释就是为了效率。类型推导过程中如果产生临时对象，则会产生临时对象的创建和销毁开销，所以第6条针对这种情况不生成临时对象，自然就提高了程序的效率。对于一个完整定义的类型T，T的纯右值有可能会被转移到一个临时创建的T类型的将亡值上，即使是支持移动语义，这个将亡值的初始化也需要开销，如果此时的纯右值是一个没有结果的对象，那么这个将亡值也就不需要初始化（从纯右值上移动数据）。所以第7条的目的也是为了效率，这些都是编译器层面的动作优化，代码层面很难观察到效果。立即函数（immediatefunction）是C++20增加的内容，我猜测可能因为立即函数调用是在编译期就已经求值并得到结果，所以无法再提供类似的优化，所以排除一下。
由于不需要创建临时对象，所以类型T不需要在此时提供完整的定义，其析构函数甚至可以是纯虚函数。但是这个规则不适用于嵌套的子表达式，比如decltype(f(g()))，f()返回类型可以不提供完整定义，但是g()返回的类型必须有完整定义。
1.4C++20的变化
C++20补充了一个新说明：(8)如果expression是一个不带括号的标识符表达式，对应一个不确定类型的模板参数的名字，此时decltype()也能得到模板参数的类型，如果模板参数只是一个占位符声明，则decltype()会执行必要的推导（替换）。另外，即使对象是个常量对象（const），decltype()对这个模板参数推导的结果也是实体对应的非常量（non-const）类型。
对于这条说明，还是用例子比较好解释。下面的代码中，根据替换原则，T应该是constint类型，但是decltype(t)的结果却是int类型：templatetypenameT,typenameUautoMyFunc(Tt,Uu)-decltype(t){returnstd::forwardT(t)+std::forwardU(u);};constintt=4;constintu=2;autor=MyFunc(t,u);//尽管t是constint，但是r是int类型
2decltype()与auto
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使用时需要静态初始化语句，编译器需要根据变量声明的初始化表达式确定实际类型，而decltype()只需要表达式的结果不是void类型，就可以从任何表达式推导其对应的类型。并且decltype()并不会真的对表达式求值，其类型推导是在编译期完成的，所以decltype()更适合在泛型编程中使用。
在C++14之后，auto甚至可以在一些模板参数中充当占位符的作用，用decltype(auto)来进行类型推导，比如这个函数模板：
templatetypenameT,typenameUdecltype(auto)myFunc(Tt,Uu){returnforwardT(t)+forwardU(u);};
如果是传统的用法，则需要显式用-指定函数的返回值类型：
templatetypenameT,typenameUautomyFunc(Tt,Uu)-decltype(forwardT(t)+forwardU(u)){returnforwardT(t)+forwardU(u);};
3std::declval()
std::declval()的作用是返回任意类型T的右值引用类型T，其定义如下：templateclassTtypenamestd::add_rvalue_referenceT::typedeclval()noexcept;
可见其实现是借用了std::add_rvalue_referenceT，这是一个typetraits，在《C++的typetraits1-3》相关主题中介绍过std::add_rvalue_referenceT，这里不再赘述。需要注意，和decltype()不一样，std::declval()是标准库中的内容，使用时需要带"std::"。
即使T没有默认的构造函数，或者不可以创建T的实例对象（比如抽象基类），std::declval()也依然可以得到T。std::declval()只有声明，没有实现，所以它是不可调用的，也就是说这样用是非法的：std::declvalint()kk=std::move(i);//希望结果是intkk=std::move(i);
std::declval一般和decltype配合使用，在泛型编程中用于类型推导。
structDefault{intfoo()const{return1;}};structNonDefault{NonDefault()=delete;intfoo()const{return1;}};decltype(Default().foo())n1=1;//可以，Default有默认构造函数n1的类型是intdecltype(NonDefault().foo())n2=n1;//错误，NonDefault默认构造函数用delete修饰，不能构造NonDefault对象decltype(std::declvalNonDefault().foo())n2=n1;//std::declval可以不构造对象的情况下得到NonDefault类型NonDefault不生成默认构造函数，因此不可以通过NonDefault()构造一个临时对象，然后调用foo()函数。但是std::declvalNonDefault()的作用就是得到一个NonDefault类型，可以借助这个NonDefault的右值引用类型调用foo()函数。最终的效果是在没有构造任何NonDefault对象实例的情况下就调用NonDefault的成员函数。std::declval()还可以获取某个成员函数返回值的类型信息，比如配合sizeof()获取大小：
structA{};structNonDefault{NonDefault()=delete;intfoo()const{return1;}AGetA(){returnm_a;}Am_a;};std::coutsizeof(std::declvalNonDefault().GetA())std::endl;//得到A的大小
当然也可以配合其他的typetraits获取类型的其他信息，都不需要构造NonDefault对象的实例。
往期内容：
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