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。

decltype 的常见行为

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&（如果是 vector<int>）

decltype 的用途：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

template<typename Container, typename Index>
auto authAndAccess(Container& c, Index i)
    -> decltype(c[i])  // 使用 decltype 精确推导返回类型
{
    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：使用通用引用 + std::forward

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

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

支持以下场景：

std::deque<std::string> makeDeque();
auto s = authAndAccess(makeDeque(), 2);  // 合法：返回副本而不是悬垂引用

悬垂引用指的是：一个引用（或指针）指向了一块已经被释放或销毁的内存区域。一旦再去访问它，行为是未定义的（Undefined Behavior, UB）。

makeDeque() 是一个函数，返回一个临时的 std::deque<std::string>：这是一个右值容器，即返回的是一个临时对象。

把这个右值传给 authAndAccess：

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

• Container&& 是 通用引用（可绑定左值或右值）。
• std::forward<Container>(c)[i] 会在右值情况下调用 std::move(c)[i]，把 c 显式转换为右值。
• operator[] 会返回一个 值对象或引用，根据容器的定义。

对于 std::deque<std::string>，operator[] 返回 std::string&。

重点问题：authAndAccess 返回了 c[i] 的结果，但 c 是一个临时对象。

如果返回的是 std::string&，那么会得到一个 悬垂引用（Dangling Reference）——因为 makeDeque() 生成的容器在 authAndAccess 返回后就被销毁了！

解决方案：使用 decltype(auto) + 通用引用的模板组合，它能根据调用上下文决定是否返回引用还是值。

在这行代码中：

auto s = authAndAccess(makeDeque(), 2);

• s 是用 auto 定义的变量。
• 因为 s 是值类型（不是引用），所以 authAndAccess 最终会返回一个 std::string（值拷贝），而不是 std::string&。
• 拷贝是安全的，即便容器是临时的，也不会产生悬垂引用。

换句话说：

• 函数 authAndAccess 返回的是 const T&（引用）
• 但外面 auto s 不绑定引用，是直接创建了副本
• 因为 s 是局部变量，拷贝了临时容器元素的值，所以是安全的

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。