模板参数可以是引用类型吗？

Question

模板参数可以是引用类型吗？

c++templatesreferencedecltypetemplate-argument-deduction

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我开始学习C++，目前正在尝试使用模板，如果我的措辞不是100%准确，请谅解。

我正在使用以下资料：

C++ Templates: The Complete Guide（第二版）
Effective Modern C++：42种改进你对C++11和C++14的使用方法

第一本书介绍了以下模板函数。

template<typename T1, typename T2>
auto max(T1 a, T2 b) -> decltype(b<a?a:b) {
  return b < a ? a : b;
}

并且说明这个定义有一个缺陷，因为T1或T2可能是一个引用类型，所以返回类型也可能是引用类型。

然而，第二本书指出，如果ParamType（在我们的情况下是T1和T2）既不是指针类型也不是引用类型，那么调用表达式中的引用部分将会被忽略。

通过以下例子进行说明：

template<typename T>
void f(T param);

int x = 27; // as before
const int cx = x; // as before
const int& rx = x; // as before
f(x); // T's and param's types are both int
f(cx); // T's and param's types are again both int
f(rx); // T's and param's types are still both int

现在我在想，第一个代码片段的返回类型怎么可能是引用类型呢？

- polygamma

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max<const int&, const int&>(42, 51). - Jarod42

@polygamma 它不会被推断为这样，但像Jarod在他们的评论中所指定的那样，有人可以指定它。 - NathanOliver

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在C或C++中，表达式从不具有引用类型（是的，在C中没有引用，但类型系统的工作方式是相同的）。 - curiousguy

2个回答

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由于T1或T2可能是引用，因此返回类型可以是引用类型。

我认为这引用有误。返回类型可能是引用类型，但原因不同。

如果您继续阅读第二本书，在第3项中您将找到问题的答案。

将decltype应用于名称会产生该名称的声明类型。名称通常是lvalue表达式，但这并不影响decltype的行为。然而，对于比名称更复杂的lvalue表达式，decltype通常确保报告的类型是lvalue引用。也就是说，如果一个类型为T的lvalue表达式不是名称，则decltype将其报告为T&。

然而，这种行为有一个值得注意的含义。在

int x = 0;

中，x是一个变量的名称，因此decltype(x)是int。但是将名称x括在括号“(x)”中会产生一个比名称更复杂的表达式。作为名称，x是lvalue，并且C++还定义了表达式(x)也是lvalue。因此，decltype((x))是int&。在名称周围加上括号可以改变decltype为其报告的类型！

现在唯一剩下的问题是： b<a?a:b 是lvalue吗？

来自 cppreference

4) 如果 E2 和 E3 是相同类型和相同值类别的 glvalue，则结果具有相同的类型和值类别，并且如果 E2 和 E3 中至少一个是位域，则结果为位域。

因此，a 和 b 是lvalues，如果它们是相同类型的，则 b<a?a:b 也将是 lvalue。在这里可以找到很好的解释。

这意味着 max(1, 2) 调用的返回类型将是 int&，而 max(1, 2.0) 的返回类型将是 int。

- Nellie Danielyan

2

在语言设计方面，我认为decltype同时执行两个不同的操作（这些操作只是微妙的不同，并且并非总是不同）是一种可憎的做法。另一方面，static曾经被认为是一个糟糕的设计选择，但实际上它执行了两个非常不同的操作（顶层与函数块），然后执行了两个密切相关的操作（类静态变量与函数静态变量）。 - curiousguy

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非常感谢您的回答。我只想解决一件事。您写道：“我假设这是引用错误”，但书中的确切引用是：“可能发生返回类型是引用类型的情况，因为在某些条件下T可能是引用”。 - polygamma

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Martin Morterol的答案应该与这个一起阅读。关于decltype行为的描述非常重要。只有这样才清楚为什么decltype(true?i:j)是int&，而decltype(true?i:1)是int。 - Hari

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Martin Morterol · Accepted Answer

他们两个都是对的：

查看在cppinsights中生成的代码

template<typename T1, typename T2>
auto max(T1 a, T2 b) -> decltype(b<a?a:b) {
  return b < a ? a : b;
}

template<typename T1, typename T2>
auto max2(T1 a, T2 b){
  return b < a ? a : b;
}

max(j,i);
max2(j,i);

会 '生成'：

template<>
int & max<int, int>(int a, int b)
{
  return b < a ? a : b;
}

template<>
int max2<int, int>(int a, int b)
{
  return b < a ? a : b;
}

问题出在C++11的-> decltype(b<a?a:b)，如果你将其移除（在C++14及更高版本中），函数将不再返回引用。更准确地说，自从C++14以来，函数的返回类型通常是通过使用decltype(auto)（而不仅仅是auto）进行推断的，如下所示：

template<typename T1, typename T2>
decltype(auto) max(T1 a, T2 b) {
  return b < a ? a : b;
}

然而，在这种情况下，我们应该只使用auto作为返回类型，以确保我们基于自动类型推导规则而不是decltype来获取我们想要的结果。

现在，

static_assert( is_same_v<decltype(i),int> );
static_assert( is_same_v<decltype((i)),int&> );
static_assert( is_same_v<decltype(i+j),int> );
static_assert( is_same_v<decltype(true?i:j),int&> );

请查看https://en.cppreference.com/w/cpp/language/operator_other#Conditional_operator

如果E2和E3是相同类型和相同值类别的glvalue，则结果具有相同的类型和值类别[...]。

否则，结果为prvalue[...]

在C++中意味着：

static_assert( is_same_v<decltype(true?i:j),int&> ); // E2 and E3 are glvalues 
static_assert( is_same_v<decltype(true?i:1),int> ); // Otherwise, the result is a prvalue