9.3. 关于括号

这里，来聊聊本章已多次涉及圆括号的话题。现在，我们将展示本书中可能最重要的那对圆括号 —— 请看以下两个函数：

static int y;
decltype(auto) number(int x) {
  return y;
}
decltype(auto) reference(int x) {
  return (y);
}

这两个函数看似几乎相同，唯一的区别在于返回值周围那对微小的圆括号。但正是这对括号造成了天壤之别。C++14引入的decltype(auto)是一个结合了decltype和自动类型推导的类型说明符，它既能根据初始化表达式推导类型，又能保留表达式的值类别特性(如引用或非引用)。与auto基于值类别推导类型不同，decltype(auto)会忠实保留原始表达式的值类别。

简而言之：number()函数返回int，而reference()函数返回int&。

为验证上述结论，以下代码片段可作有力佐证：

using namespace std;
if (is_reference<decltype(number(42))>::value) {
  cout << "Reference to ";
  cout << typeid(typename
  remove_reference<decltype(number(42))>::type).name() << endl;
} else {
  cout << "Not a reference: " << typeid(decltype(number(42))).name() << endl;
}

上述代码片段检测了number函数的返回类型。正如其名称直白暗示的那样，它返回的当然是...一个数字。当使用MSVC编译并执行时，输出如下：

Not a reference: int

其他编译器的行为基本一致,只不过它们不会打印完整类型名称 —— 比如gcc和clang对于int类型仅显示单个字母i,这就没那么直观了。

检验以下代码:

if (is_reference<decltype(reference(42))>::value) {
  cout << "Reference to: ";
  cout << typeid(typename
  remove_reference<decltype(reference(42))>::type).name() << endl;
} else {
  cout << "Not a reference: " << typeid(decltype(number(42))).name() << endl;
}

这段代码与前例几乎完全相同，只是改用了reference方法。不出所料，执行结果(再次以MSVC为例)如下：

Reference to: int

至此我们已证明：一对括号与decltype(auto)结合能产生惊人的效果。但请注意，如果省略decltype，像下面这样：

auto reference(int x) {
  return (y);
}

此时编译器会忽略括号，直接返回普通数值。C++标准在[dcl.type.decltype]章节明确规定了这一行为，笔者强烈建议阅读该章节，以透彻理解背后的原理及其合理性。

既然C++开发者始终追求高效、优质和清晰的代码，您可能会问：为何要通过重复代码来判断返回类型是否为引用？难道不能直接写成下面这样吗？

template <typename T>
void printType(T&& var) {
  if (std::is_reference<T>::value) {
    if (std::is_lvalue_reference<T>::value) {
      printf("lvalue ref ");
    } else {
      printf("rvalue ref ");
    }
    printf("
    std::remove_reference<T>::type).name()));
  } else {
    printf("
  }
}

这段代码与前前段("前前段"即当前参照点往前数第二段)几乎相同，只是增加了验证引用类型的额外检查(同时将std::cout替换为printf以生成更简洁的汇编代码,并封装为函数体)。让我们将其置于以下上下文并调用:

printType(number(42));
printType(reference(42));

将得到符合预期的正确输出：

int
lvalue ref int

值得一提的是，其他非"小巧软萌"的编译器也能得到相同结果。

该函数模板通过转发引用(T&& var)同时处理左值和右值引用，从而能够推导并保留传入变量的引用类型。借助类型特征库，使用is_reference::value检查T是否为引用类型，并通过is_lvalue_reference::value进一步区分左值/右值引用。

我们可以清晰地看到，针对两个函数返回的不同类型，编译器分别生成了printType函数的两个实例化版本。所有类型特征(type traits)的调用都在源代码层面得到了完美实现，从而消除了不必要的条件分支。此外，编译器还优化移除了未使用的字符串(比如生成的汇编代码中完全找不到"rvalue ref"字样，因为编译器已识别出相关分支在最终代码中永远不会被执行)。

这难道不是C++精妙之处的绝佳体现吗？