首页 > C++11 阅读:2,771

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。

编程帮,一个分享编程知识的公众号。跟着站长一起学习,每天都有进步。

通俗易懂,深入浅出,一篇文章只讲一个知识点。

文章不深奥,不需要钻研,在公交、在地铁、在厕所都可以阅读,随时随地涨姿势。

文章不涉及代码,不烧脑细胞,人人都可以学习。

当你决定关注「编程帮」,你已然超越了90%的程序员!

编程帮二维码
微信扫描二维码关注