編譯器推導(dǎo)返回類型

討論 add() 函數(shù)模板的示例，讓編譯器推導(dǎo)返回值的類型確實(shí)是個(gè)好主意。然而，返回類型依賴于模板類型參數(shù)，那該如何實(shí)現(xiàn)呢？例如，考慮以下函數(shù)模板：

template <typename T1, typename T2>
RetType add(const T1& t1, const T2& t2) {
    return t1 + t2;
}

在這個(gè)示例中，RetType 應(yīng)該是表達(dá)式 t1 + t2 的類型，但你無(wú)法知道這一點(diǎn)，因?yàn)槟悴恢?nbsp;T1 和 T2 是什么。

自動(dòng)類型推導(dǎo)

自 C++14 起，你可以讓編譯器自動(dòng)推導(dǎo)函數(shù)的返回類型。因此，你可以簡(jiǎn)單地將 add() 寫(xiě)成如下：

template <typename T1, typename T2>
auto add(const T1& t1, const T2& t2) {
    return t1 + t2;
}

在 C++ 中，當(dāng)使用 auto 關(guān)鍵字來(lái)推導(dǎo)函數(shù)返回值的類型時(shí)，它會(huì)自動(dòng)去除表達(dá)式中的引用（reference）和 const 限定符。這意味著，如果函數(shù)的返回類型原本是一個(gè)引用或 const 類型，使用 auto 推導(dǎo)后，返回值將會(huì)失去這些屬性。例如，如果原本返回的是一個(gè) const 引用，使用 auto 推導(dǎo)后，返回值將僅是一個(gè)值，而非引用，并且也不再是 const 類型。

對(duì)于某些函數(shù)來(lái)說(shuō)，這種去除引用和 const 的行為是可以接受的。例如，在 add() 函數(shù)模板中，如果使用 auto，這通常沒(méi)問(wèn)題，因?yàn)?nbsp;operator+（加法運(yùn)算符）一般返回一個(gè)新的對(duì)象，而不是引用或 const 對(duì)象。

然而，在其他一些情況下，可能需要保留函數(shù)返回值的原始屬性，比如其為引用或 const 類型。在這些情況下，簡(jiǎn)單地使用 auto 來(lái)推導(dǎo)返回類型可能就不夠理想了。因此，需要使用其他方法（使用 decltype(auto) 的函數(shù)模板）來(lái)確保函數(shù)返回值的原始屬性被正確保留。

auto 與 decltype 的區(qū)別

考慮以下非模板示例，了解 auto 和 decltype 之間的差異：

const std::string message { "Test" };
const std::string& getString() { return message; }

auto s1 { getString() }; // s1 是 string 類型，進(jìn)行了拷貝
const auto& s2 { getString() }; // s2 是對(duì)常量的引用
decltype(getString()) s3 { getString() }; // s3 是 const string& 類型
decltype(auto) s4 { getString() }; // s4 也是 const string& 類型

使用 decltype(auto) 的函數(shù)模板

有了這些知識(shí)，我們可以使用 decltype(auto) 來(lái)編寫(xiě)我們的 add() 函數(shù)模板，以避免去除任何 const 和引用限定符：

template <typename T1, typename T2>
decltype(auto) add(const T1& t1, const T2& t2) {
    return t1 + t2;
}

C++14 之前的方法

在 C++14 之前，也就是在函數(shù)返回類型推導(dǎo)和 decltype(auto) 得到支持之前，問(wèn)題是通過(guò)使用 decltype(expression) 來(lái)解決的，這是 C++11 引入的。例如，你可能會(huì)寫(xiě)出以下代碼：

template <typename T1, typename T2>
decltype(t1 + t2) add(const T1& t1, const T2& t2) {
    return t1 + t2;
}

然而，這是錯(cuò)誤的。你在原型行的開(kāi)頭使用了 t1 和 t2，但這些參數(shù)還未知。t1 和 t2 在到達(dá)參數(shù)列表末尾時(shí)才變得已知。

這個(gè)問(wèn)題曾經(jīng)通過(guò)替代函數(shù)語(yǔ)法解決。注意，在這種語(yǔ)法中，auto 用于原型行的開(kāi)頭，而實(shí)際的返回類型在參數(shù)列表之后指定（尾隨返回類型）；因此，參數(shù)的

名稱（以及它們的類型，從而 t1 + t2 的類型）是已知的：

template<typename T1, typename T2>
auto add(const T1& t1, const T2& t2) -> decltype(t1 + t2) {
    return t1 + t2;
}

注意：現(xiàn)在 C++ 支持 auto 返回類型推導(dǎo)和 decltype(auto)，建議使用這些機(jī)制，而不是替代函數(shù)語(yǔ)法。

C++20 的新特性

C++20 引入了一種簡(jiǎn)化的函數(shù)模板語(yǔ)法。再次回顧前面的 add() 函數(shù)模板。這里是推薦的版本：

template <typename T1, typename T2>
decltype(auto) add(const T1& t1, const T2& t2) {
    return t1 + t2;
}

看這個(gè)示例，為了指定一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)模板，語(yǔ)法顯得相當(dāng)冗長(zhǎng)。使用簡(jiǎn)化的函數(shù)模板語(yǔ)法，可以更優(yōu)雅地寫(xiě)成如下：

decltype(auto) add(const auto& t1, const auto& t2) {
    return t1 + t2;
}

使用這種語(yǔ)法，不再需要 template<> 規(guī)范來(lái)指定模板參數(shù)。相反，以前在實(shí)現(xiàn)中使用的 T1 和 T2 類型現(xiàn)在被指定為 auto。這種簡(jiǎn)化的語(yǔ)法只是語(yǔ)法糖；編譯器會(huì)自動(dòng)將這種簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換為更長(zhǎng)的原始代碼?；旧?，每個(gè)被指定為 auto 的函數(shù)參數(shù)都成為一個(gè)模板類型參數(shù)。

需要注意的兩個(gè)問(wèn)題

(1) 不同的模板類型參數(shù)：每個(gè)被指定為auto的參數(shù)都成為不同的模板類型參數(shù)。假設(shè)你有這樣一個(gè)函數(shù)模板：

template <typename T>
decltype(auto) add(const T& t1, const T& t2) {
    return t1 + t2;
}

這個(gè)版本只有一個(gè)模板類型參數(shù)，而函數(shù)的兩個(gè)參數(shù) t1 和 t2 都是 const T& 類型。對(duì)于這樣的函數(shù)模板，你不能使用簡(jiǎn)化語(yǔ)法，因?yàn)檫@將被轉(zhuǎn)換為具有兩個(gè)不同模板類型參數(shù)的函數(shù)模板。

(2) 無(wú)法顯式使用推導(dǎo)類型：你不能在函數(shù)模板的實(shí)現(xiàn)中顯式使用這些自動(dòng)推導(dǎo)的類型，因?yàn)檫@些自動(dòng)推導(dǎo)的類型沒(méi)有名稱。如果你需要這樣做，你要么需要繼續(xù)使用普通的函數(shù)模板語(yǔ)法，要么使用 decltype() 來(lái)確定類型。

// C++50 中的 auto 使用
auto auto(auto... args) {
    return (... + args);
}