c++ - 关于decltype获取表达式类型的问题以及decltype和引用

Question

1.

int a =3;
decltype(f()) b =a;

书上说编译器分析表达式的值，却不实际计算表达式的值，编译器并不实际调用函数f，而是使用当调用发生时f的返回值类型作为b的类型。那如果代码中没有调用f，decltype是如何获取类型的呢？
比如代码：

#include<iostream>
using namespace std;
int f()
{
    return 1;
}
int main()
{
    int a = 3;
    decltype(f()) b = a;  //这里的decltype是如何获取表达式类型的？
    return 0;
}

2 .

decltype(*p) c;//错误，c是int&，必须被初始化

书上说“如果表达式的内容是解引用操作，则decltype将得到引用类型。解引用指针可以得到指针所指的对象，而且还能给
这个对象赋值。因此，decltype(*p)的结果类型就是int&,而非int”
但是这个解释好像也没说明白为什么“c是int&”，int&声明的c可以被赋值，int声明的c也是可以赋值的 啊，为什么非要强调是int&呢？

ps. 参考的书籍是c++primer第五版（中文版）
以上问题在中文版page63，英文版page71附近。
恳求各位给予答疑，非常感谢！

Answer 1

1) 你说为什么编译器是如何获取到类型的，首先你要了解声明的本质是什么？

A declaration is a statement in a program that communicates this 
information to the compiler.

• 摘自 Stanford 语义分析 - Types and Declarations

直白的说，你的 f() 在声明的那一刻，编译器就已经记住了你所声明的类型。你用 decltype 的时候，仅仅是直接用了这个结果而已。

这个问题，超出了 C Primer 的范畴，你需要学习编译原理。

2) 显然，你没搞清楚 int 与 int& 的差别。请回到 2.3.1 References 这一节。

A reference defines an alternative name for an object.
A reference must be initialized.

简单说，int& 是引用，引用是什么？别名。别名是什么？另一个名字。你必须先有一个对象，才能有另一个名字。所以，你可以写：

int i;

但是你不可以写:

int& ri; // error!!! a reference must be initialized.

回到你的问题。如果是 int，decltype(*p) c; 不会报错；如果是 int&，会报错。

所以强调。

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@王子亭 提醒我题主可能是不清楚为何返回的是 int&, 这个可能看过书就比较清楚了，为了更清楚的描述题主的疑问，我将书上这部分代码在此补全：

cppint i = 42, *p = &i, &r = i;
decltype(r + 0) b; // ok
decltype(*p) c; // error: c is int& and must be initialized.

书上的解释：（抱歉，我只有英文版）

As we've seen, when we dereference a pointer, we get the object to which the pointer points. Moreover, we can assign to that object. Thus, the type deduced by decltype(*p) is int&, not plain int.

故，decltype(*p) <==> decltype(&i), 你明白这个即可。

据我所知，如果你只看到此书的这个地方，应该还不了解左值和右值的。所以，尽量不要想太多。

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若你非要打破沙锅问到底，如 @王子亭 所言，C 11 标准(draft N3690)中是规定这个了的：

7.1.6.2/4
The type denoted by decltype(e) is defined as follows:

• 如果 e 是不带括号的 id 表达式或不带括号的类成员访问 (5.2.5)，则 decltype(e) 是 e 命名的实体的类型。如果不存在这样的实体，或者如果 e 命名了一组重载函数，则程序格式错误；
• 否则，如果 e 是 xvalue，则 decltype(e) 是 T&&，其中 T 是 e 的类型；
• 否则，如果 e 是左值，则 decltype(e) 是 T&，其中 T 是 e 的类型；
• 否则，decltype(e) 是 e 的类型。

decltype 说明符的操作数是未计算的操作数（第 5 条）。

Answer 2

（没看过 C Primer）

1. int f() 这里不是已经写了 f 的返回值是 int 类型嘛，编译时当然可以分析出 f() 的类型是 int.
   decltype 的性质就和 sizeof 是类似的，sizeof(f()) 也是可以在编译时求值的。

「如果 decltype 的对象是一个表达式且是一个左值，则结果是它的引用类型」这只是一个规定，我也说不太清楚设计者的逻辑，但可以看一下维基百科的这个页面，上面有一些比较细致的讨论 http://zh.wikipedia.org/wiki/Decltype