【C++0x】表达式之类型（decltype）

 

C++0x引入了新的关键字decltype，它是一个操作符，用来取得表达式的类型，主要在泛型编程中使用。这里，简单介绍一下语法规则。

语法形式：decltype (expression)
其中，这里的括号必不可少（这点不同于sizeof操作符）。decltype(e)可看到是一个类型别名，并且不会对表达式e进行计算（即只有编译时行为而无运行时行为）。另外，不允许把decltype作用于一个类型，因为没有任何理由要这样做。

确定decltype(e)类型的规则如下：
Rule-1. 如果e是一个标识符表达式或者类成员访问表达式，那么decltype(e)就是e所命名的实体的类型。如果没有此实体或者e命名了一个重载函数集，那么程序是ill-formed的。
Rule-2. 如果e是一个函数调用或者一个重载操作符调用（忽略e外面的括号），那么decltype(e)就是该函数的返回类型。
Rule-3. 否则，假设e的类型是T：如果e是一个左值，则decltype(e)就是T&；否则（e是一个右值），decltype(e)就是T。

举例分析如下（内容来自参考Ref1）：

eg1 名字空间或局部作用域内的变量（Rule-1）
int a;
int& b = a;
const int& c = a;
const int d = 5;
const A e;

（注：不能直接编译，这里写出来只是分析）
decltype(a) // int 
decltype(b) // int&
decltype(c) // const int&
decltype(d) // const int
decltype(e) // const A

但需要注意括号可能会影响结果，例如：
decltype((a));  // int& （此时(a)表达式不满足Rule-1和Rule-2，应用Rule-3，而表达式(a)是一个左值，所以为int&）

eg2 函数形参（Rule-1）
void foo(int a, int& b, float&& c, int* d)
{
    decltype(a) // int
    decltype(b) // int&
    decltype(c) // float&&
    decltype(d) // int*
}

eg3 函数类型（Rule-1）
int foo(char);
int bar(char);
int bar(int);

decltype(foo) // int(char)
decltype(bar) // error, bar is overloaded

但需要注意当形成函数指针时适用Rule-3：
decltype(&foo) // int(*)(char)
decltype(*&foo) // int(&)(char)

eg4 数据类型（Rule-1）
int a[10];
decltype(a)  // int[10]

eg5 成员变量（Rule-1）
class A {
    int a;
    int& b;
    static int c;
    
    void foo() {
        decltype(a)          // int
        decltype(this->a)    // int
        decltype((*this).a)  // int
        decltype(b)          // int&
        decltype(c)          // int (static members are treated as variables in namespace scope)
    }
    void bar() const {
        decltype(a)   // int
        decltype(b)   // int&
        decltype(c)   // int
    }
};

A aa;
const A& caa = aa;
decltype(aa.a)  // int
decltype(aa.b)   // int&
decltype(caa.a)  // int

但内置操作符.*和->*适用Rule-3：
decltype(aa.*&A::a) // int&
decltype(aa.*&A::b) // illegal, cannot take the address of a reference member
decltype(caa.*&A::a) // const int&

eg6 this（Rule-3）
class X {
    void foo() {
        decltype(this)    // X*，因为this是右值
        decltype(*this)   // X&，因为*this是左值
    }
    void bar() const {
        decltype(this)   // const X*
        decltype(*this)  // const X&
    }
};

eg7 指向成员变量和成员函数的指针（Rule-1）
class A {
    int x;
    int& y;
    int foo(char);
    int& bar() const;
};

decltype(&A::x)    // int A::*
decltype(&A::y)    // error: pointers to reference members are disallowed (8.3.3 (3))
decltype(&A::foo) // int (A::*) (char)
decltype(&A::bar) // int& (A::*) () const

eg8 字面值（Rule-3）
（字符串字面值是左值，其它字面值都是右值）
decltype("decltype") // const char(&)[9]
decltype(1) // int

eg9 冗余的引用符（&）和CV修饰符
由于decltype表达式是一个类型别名，因此冗余的引用符（&）和CV修饰符被忽略：
int& i = ...;
const int j = ...;
decltype(i)&         // int&. The redundant & is ok
const decltype(j)   // const int. The redundant const is ok

eg10 函数调用（Rule-2）
int foo();
decltype(foo())    // int
float& bar(int);
decltype (bar(1))  // float&
class A { ... };
const A bar();
decltype (bar())    // const A
const A& bar2();
decltype (bar2())  // const A&

eg11 内置操作符（Rule-3）
decltype(1+2)     // int (+ returns an rvalue)
int* p;
decltype(*p)        // int& (* returns an lvalue)
int a[10];
decltype(a[3]);     // int& ([] returns an lvalue)
int i; int& j = i;
decltype (i = 5)   // int&, because assignment to int returns an lvalue
decltype (j = 5)   // int&, because assignment to int returns an lvalue
decltype (++i);    // int&
decltype (i++);    // int (rvalue)

如何用程序验证decltype的结果？可以参考下面的程序对上面的分析结果进行验证：
F:\tmp>type decltype_eg1.cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template <typename T>
string Foo()
{
    return "unknown";
}

template <>
string Foo<int>()
{
    return "int";
}

template <>
string Foo<const int>()
{
    return "const int";
}

template <>
string Foo<int &>()
{
    return "int&";
}

template <>
string Foo<const int&>()
{
    return "const int&";
}

class A{};

template <>
string Foo<A>()
{
    return "A";
}

int main()
{
    int a;
    int &b = a;
    const int &c = a;
    const int d = 5;
    A e;
    double f;

cout << "a: " << Foo<decltype(a)>() << endl;
    cout << "b: " << Foo<decltype(b)>() << endl;
    cout << "c: " << Foo<decltype(c)>() << endl;
    cout << "d: " << Foo<decltype(d)>() << endl;
    cout << "e: " << Foo<decltype(e)>() << endl;
    cout << "f: " << Foo<decltype(f)>() << endl;
}

F:\tmp>g++ decltype_eg1.cpp -std=c++0x

F:\tmp>a.exe
a: int
b: int&
c: const int&
d: const int
e: A
f: unknown

F:\tmp>gcc --version
gcc (GCC) 4.3.0 20080305 (alpha-testing) mingw-20080502
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