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移除书签4.3.3 decltype推导四规则
作为auto的伙伴，decltype在C++11中也非常重要。不过跟auto一样，由于应用广泛，所以使用decltype也有很多的细则条款需要注意。很多时候，用户会发现decltype的行为并不如预期，那么下面的规则可能会更好地解释这些“不如预期”的编译器行为。
大多数时候，decltype的使用看起来非常平易近人，但是有时我们也会落入一些令人疑惑的陷阱。最典型的就是代码清单4-24所示的这个例子。
代码清单4-24
int i;
decltype(i)a;//a:int
decltype((i))b;//b:int＆,无法编译通过
//编译选项:g++ -std=c++11 4-3-9.cpp
我们在编译代码清单4-24的时候，会惊奇地发现，decltype((i))b;这样的语句编译不过。编译器会提示b是一个引用，但没有被赋初值。而decltype(i)a;这一句却能通过编译，因为其类型被如预期地推导为int。
这种问题显得非常诡异，单单多了一对圆括号，decltype所推导出的类型居然发生了变化。事实上，C++11中decltype推导返回类型的规则比我们想象的复杂。具体地，当程序员用decltype(e)来获取类型时，编译器将依序判断以下四规则：
1）如果e是一个没有带括号的标记符表达式（id-expression）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。此外，如果e是一个被重载的函数，则会导致编译时错误。
2）否则，假设e的类型是T，如果e是一个将亡值(xvalue)，那么decltype(e)为T＆＆。
3）否则，假设e的类型是T，如果e是一个左值，则decltype(e)为T＆。
4）否则，假设e的类型是T，则decltype(e)为T。
这里我们要解释一下标记符表达式（id-expression）。基本上，所有除去关键字、字面量等编译器需要使用的标记之外的程序员自定义的标记（token）都可以是标记符（identifier）。而单个标记符对应的表达式就是标记符表达式。比如程序员定义了：
int arr[4];
那么arr是一个标记符表达式，而arr[3]+0,arr[3]等，则都不是标记符表达式。
我们再回到代码清单4-24，并结合decltype类型推导的规则，就可以知道，decltype(i)a;使用了推导规则1——因为i是一个标记符表达式，所以类型被推导为int。而decltype((i))b;中，由于(i)不是一个标记符表达式，但却是一个左值表达式（可以有具名的地址），因此，按照decltype推导规则3，其类型应该是一个int的引用。
上面的规则看起来非常复杂，但事实上，在实际应用中，decltype类型推导规则中最容易引起迷惑的只有规则1和规则3。我们可以通过代码清单4-25所示的这个例子再加深一下理解。
代码清单4-25
int i=4;
int arr[5]={0};
int*ptr=arr;
struct S{double d;}s;
void Overloaded(int);
void Overloaded(char);//重载的函数
int＆＆RvalRef();
const bool Func(int);
//规则1:单个标记符表达式以及访问类成员，推导为本类型
decltype(arr)var1;//int[5],标记符表达式
decltype(ptr)var2;//int*,标记符表达式
decltype(s.d)var4;//double,成员访问表达式
decltype(Overloaded)var5;//无法通过编译，是个重载的函数
//规则2:将亡值，推导为类型的右值引用
decltype(RvalRef())var6=1;//int＆＆
//规则3:左值，推导为类型的引用
decltype(true?i:i)var7=i;//int＆,三元运算符，这里返回一个i的左值
decltype((i))var8=i;//int＆,带圆括号的左值
decltype(++i)var9=i;//int＆,++i返回i的左值
decltype(arr[3])var10=i;//int＆[]操作返回左值
decltype(ptr)var11=i;//int＆操作返回左值
decltype("lval")var12="lval";//const char(＆)[9],字符串字面常量为左值
//规则4：以上都不是，推导为本类型
decltype(1)var13;//int,除字符串外字面常量为右值
decltype(i++)var14;//int,i++返回右值
decltype((Func(1)))var15;//const bool,圆括号可以忽略
//编译选项:g++ -std=c++11-c 4-3-10.cpp
代码清单4-25中我们将四种规则的例子都列了出来。可以看到，规则1不但适用于基本数据类型，还适用于指针、数组、结构体，甚至函数类型的推导，事实上，规则1在decltyp类型推导中运用的最为广泛。而规则2则比较简单，基本上符合程序员的想象。
规则3其实是一个左值规则。decltype的参数不是标志表达式或者类成员访问表达式，且参数都为左值，推导出的类型均为左值引用。规则4则是适用于以上都不适用者。我们这里看到了++i和i++在左右值上的区别，以及字符串字面常量lval、非字符串字面常量1在左右值间的区别。
看过这么多规则，读者可能觉得过于复杂，但事实上，如同我们之前提到的，引起麻烦的只是规则3带来的左值引用的推导。一个简单的能够让编译器提示的方法是，如果使用decltype定义变量，那么先声明这个变量，再在其他语句里对其进行初始化。这样一来，由于左值引用总是需要初始化的，编译器会报错提示。另外一些时候，C++11标准库中添加的模板类is_lvalue_reference，可以帮助程序员进行一些推导结果的识别。我们看看代码清单4-26所示的例子。
代码清单4-26
include ＜type_traits＞
include ＜iostream＞
using namespace std;
int i=4;
int arr[5]={0};
int*ptr=arr;
int＆＆RvalRef();
int main(){
cout＜＜is_rvalue_reference＜decltype(RvalRef())＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype(true?i:i)＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype((i))＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype(++i)＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype(arr[3])＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype(*ptr)＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype("lval")＞::value＜＜endl;//1
cout＜＜is_lvalue_reference＜decltype(i++)＞::value＜＜endl;//0
cout＜＜is_rvalue_reference＜decltype(i++)＞::value＜＜endl;//0
}
//编译选项:g++ -std=c++11 4-3-11.cpp
代码清单4-26中，我们使用了模板类is_lvalue_reference的成员value来查看decltype的效果（1表示是左值引用，0则反之）。如我们所见，代码清单4-26中凡是符合规则3的，都会被推导为左值引用。如果程序员在程序的书写中不是非常确定decltype是否将类型推导为左值引用，也可以通过这样的小实验来辅助确定。这里我们还使用了模板函数is_rvalue_reference，同样，程序员也可以通过它来确定decltype是否推导出了右值引用。
