C++11 类型推导decltype
我们之前使用的typeid运算符来查询一个变量的类型,这种类型查询在运行时进行。RTTI机制为每一个类型产生一个type_info类型的数据,而typeid查询返回的变量相应type_info数据,通过name成员函数返回类型的名称。同时在C++11中typeid还提供了hash_code这个成员函数,用于返回类型的唯一哈希值。RTTI会导致运行时效率降低,且在泛型编程中,我们更需要的是编译时就要确定类型,RTTI并无法满足这样的要求。编译时类型推导的出现正是为了泛型编程,在非泛型编程中,我们的类型都是确定的,根本不需要再进行推导。
decltype与auto关键字一样,用于进行编译时类型推导。
与auto不同的是:decltype的类型推导并不是像auto一样是从变量声明的初始化表达式获得变量的类型,decltype总是以一个普通的表达式为参数,返回改表达式的类型。
与auto相同的是:作为一个类型指示符,decltype可以将获得的类型来定义另外一个变量。
decltype的应用
1.推导出表达式类型
int i = 4; decltype(i) a; //推导结果为int,a的类型为int
2.与using/typedef合用,用于定义类型,提高代码可读性
using size_t = decltype(sizeof(0)); //sizeof(a)的返回值为size_t类型 using ptrdiff_t = decltype((int*)0 - (int*)0); using nullptr_t = decltype(nullptr); vector<int >vec; typedef decltype(vec.begin()) vectype; for (vectype i = vec.begin; i != vec.end(); i++) { //... }
3.重用匿名类型
在C++中,我们有时候会遇上一些匿名类型
#include <iostream> enum { K1 = 0, K2 = 1, }anon_e; union { decltype(anon_e) k; char *name; }anon_u; struct { int d; decltype(anon_u) id; }anon_s; int main() { decltype(anon_s) as; //定义了一个上面匿名的结构体 as.id.k = decltype(anon_e)::K1; std::cout << as.id.k << std::endl; return 0; }
而借助decltype,我们可以重新使用匿名结构体:
4.泛型编程中结合auto,用于追踪函数的返回值类型(decltype最大的用途之一就是用于追踪返回类型的函数中)
template <typename _Tx, typename _Ty> auto multiply(_Tx x, _Ty y)->decltype(_Tx*_Ty) { return x*y; }
decltype推导四规则
(1).如果e是一个没有带括号的标记符表达式或者类成员访问表达式,那么的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,则会导致编译错误。
(2).否则 ,假设e的类型是T,如果e是一个将亡值,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,那么decltype(e)为T&。
(4).否则,假设e的类型是T,则decltype(e)为T。
标记符指的是除去关键字、字面量等编译器需要使用的标记之外的程序员自己定义的标记,而单个标记符对应的表达式即为标记符表达式。
int arr[4]; //arr为一个标记符表达式,而arr[3]+0不是。
我们来看下面这段代码:
int i=10; decltype(i) a; //a推导为int decltype((i))b=i; //b推导为int&,必须为其初始化,否则编译错误
仅仅为i加上了(),就导致类型推导结果的差异。这是因为,i是一个标记符表达式,根据推导规则1,类型被推导为int。而(i)为一个左值表达式(有具体名字的地址),所以类型被推导为int&。
通过下面这段代码可以对推导四个规则作进一步了解:
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); //规则一:推导为其类型 decltype (arr) var1; //int 标记符表达式 decltype (ptr) var2; //int * 标记符表达式 decltype(s.d) var3; //doubel 成员访问表达式 //decltype(Overloaded) var4; //重载函数。编译错误。 //规则二:将亡值。推导为类型的右值引用。 decltype (RvalRef()) var5 = 1; //规则三:左值,推导为类型的引用。 decltype ((i))var6 = i; //int& decltype (true ? i : i) var7 = i; //int& 条件表达式返回左值。 decltype (++i) var8 = i; //int& ++i返回i的左值。 decltype(arr[5]) var9 = i; //int&. []操作返回左值 decltype(*ptr)var10 = i; //int& *操作返回左值 decltype("hello")var11 = "hello"; //const char(&)[9] 字符串字面常量为左值,且为const左值。 //规则四:以上都不是,则推导为本类型 decltype(1) var12; //const int decltype(Func(1)) var13=true; //const bool decltype(i++) var14 = i; //int i++返回右值
这里需要提示的是,字符串字面值常量是个左值,且是const左值,而非字符串字面值常量则是个右值。
这么多规则,对于我们写代码的来说难免太难记了,特别是规则三。我们可以利用C++11标准库中添加的模板类is_lvalue_reference来判断表达式是否为左值:
std::cout << std::is_lvalue_reference<decltype(++i)>::value << std::endl;
结果1表示为左值,结果为0为非右值。
同样的,也有is_rvalue_reference这样的模板类来判断decltype推断结果是否为右值。
限制符的继承
auto类型推导时不能带走CV限制符,decltype能够带走表达式的CV限制符。不过如果对象的定义中有const或volatile限制符,使用decltype进行推导时,对象中的成员不会继承const或volatile限制符。
#include <iostream> #include <type_traits> int main() { const int ic = 0; volatile int iv; struct S{ int i; }; const S a = {0}; volatile S b; volatile S*p = &b; std::cout << std::is_const<decltype(ic)>::value << std::endl; //1 推导类型为:const int std::cout << std::is_volatile<decltype(iv)>::value << std::endl; //1 推导类型为:volatile int std::cout << std::is_const<decltype(a)>::value << std::endl; //1 推导类型为:const S std::cout << std::is_volatile<decltype(b)>::value << std::endl; //1 推导类型为:volatile S std::cout << std::is_const<decltype(a.i)>::value << std::endl; //0 推导类型a为const,但是成员不继承const类型 std::cout << std::is_volatile<decltype(p->i)>::value << std::endl; //0 推导类型p为volatile,但是成员不继承volatile类型 return 0; }
限制符的冗余
与auto相同的是:decltype从表达式推导出类型后,进行类型定义时,也会运行一些冗余符号,比如CV限制符以及引用符&。通常情况下,如果推导出的类型已经有了这些属性,冗余的符号则会被忽略。与auto声明中,*也可以是冗余的不同,decltype后的*号,并不会被编译器忽略。
#include <iostream> #include <type_traits> int main() { int i = 1; int& j = i; int *p = &i; const int k = 1; decltype(i)& var1 = i; decltype(j)& var2 = i; std::cout << std::is_lvalue_reference<decltype(var1)>::value << std::endl; //1,时左值引用 std::cout << std::is_rvalue_reference<decltype(var2)>::value << std::endl; //0,不是右值引用 std::cout << std::is_lvalue_reference<decltype(var2)>::value << std::endl; //1,是左值引用 //decltype(p)* var3 = &i; //编译错误 decltype(p)* var4 = &p; //var4的类型为int ** auto* v3 = p; //v3的类型为int * v3 = & i; const decltype(k) var5 = 1; //冗余的const,被忽略 return 0; }