条款3：理解decltype

条款3：理解 decltype

• decltype(expr) 会返回表达式 expr 的类型（精确地，不做修改）。
• 它不像 auto 使用模板类型推导规则，不会剥去引用、cv 限定等信息。

const int i = 0;
decltype(i)       // const int

bool f(const Widget& w);
decltype(w)       // const Widget&
decltype(f)       // bool(const Widget&)
decltype(f(w))    // bool

vector<int> v;
decltype(v)       // vector<int>
decltype(v[0])    // int&

函数模板返回值推导

目标：写一个模板函数 authAndAccess，能返回容器 c[i] 的值，并带有认证操作。

C++11 尾置返回类型

// 使用 decltype 精确推导返回类型
template<typename Container, typename Index>
auto authAndAccess(Container& c, Index i) -> decltype(c[i]) {
    authenticateUser();
    return c[i];
}

C++14 简化写法（错误版本）

template<typename Container, typename Index>
auto authAndAccess(Container& c, Index i) {
    authenticateUser();
    return c[i];  // 使用 auto 推导类型，但会丢掉引用属性
}

• auto 使用模板类型推导规则。
• 会导致 decltype(c[i]) 是 T&，而 auto 推导为 T。
• 结果是返回值变为右值（非引用），无法进行赋值等操作。

C++14 正确写法：decltype(auto)

template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container& c, Index i) {
    authenticateUser();
    return c[i];  // 推导为真正的 decltype(c[i])
}

进一步支持右值容器

template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container&& c, Index i) {
    authenticateUser();
    return std::forward<Container>(c)[i];  // 完美转发
}

• Container&& 是万能引用：既支持左值也支持右值。
• std::forward 保持值类别（左值/右值）不变。

左值容器

std::deque<std::string> d;
auto& s = authAndAccess(d, 2);  
// 返回 std::string&，安全

const 左值容器

const std::deque<std::string> d;
auto& s = authAndAccess(d, 2);  
// 返回 const std::string&，安全

右值容器

auto s = authAndAccess(makeDeque(), 2);
// 实际返回 std::string&，但绑定到临时容器元素
// 容器销毁 → 悬垂引用 → UB

• 函数返回类型 decltype(auto) → 推导为 std::string&
• 也就是说，返回的是对临时 deque 内部元素的引用
• 而这个临时 deque 在函数返回后立即销毁
  • s 得到的引用指向已经销毁的内存 → 悬垂引用
  • 使用它就是未定义行为 (UB)

修改办法：区分左值/右值容器

template<typename Container, typename Index>
decltype(auto) authAndAccess(Container&& c, Index i) {
    authenticateUser();
    if constexpr (std::is_lvalue_reference_v<Container&&>) {
        return c[i];              // 左值容器 → 返回引用
    } else {
        return std::move(c[i]);   // 右值容器 → 返回值（移动/拷贝），避免悬垂
    }
}

• c[i] 是 std::string&（元素的左值引用）
• std::move(c[i]) 转成 std::string&&（右值引用）
• 这告诉编译器可以使用移动构造或移动赋值来初始化外部变量
  • auto 去掉引用 → s 类型是 std::string
  • 编译器调用移动构造函数，把临时容器中的元素“搬”到 s 中
  • 因为是移动/拷贝了一个新对象，所以安全，不会悬垂

decltype(auto) 与表达式细节

在 C++14 中，decltype(auto) 会根据返回语句使用 decltype 的规则来推导类型。

decltype(auto) f1() {
    int x = 0;
    return x;      // decltype(x) 是 int
}

decltype(auto) f2() {
    int x = 0;
    return (x);    // decltype((x)) 是 int&，悬垂引用！
}

注意：在 return (x); 中，加了括号后变成左值表达式，decltype 推导结果变为引用类型。

decltype 推导规则总结

表达式或名字	推导类型
int x = 0; decltype(x)	int
decltype((x))	int&（左值表达式）
const Widget& cw = ...; decltype(cw)	const Widget&
auto w = cw;	Widget（auto 去引用）
decltype(auto) w = cw;	const Widget&（保持引用）

1. decltype(expr) 给出表达式的精确类型（包括引用和 const）。
2. 对于非变量名的左值表达式，decltype 会推导为 T&。
3. decltype(auto) 使用 decltype 规则进行自动推导，和 auto 不一样。
4. (x) 和 x 在 decltype 中是不一样的，前者返回引用类型。
5. 返回值使用 decltype(auto) 时需避免返回局部变量的引用。