现代C++新特性 函数返回类型后置

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使用函数返回类型后置声明函数

前面已经出现了函数返回类型后置的例子，接下来我们将详细讨论C++11标准中的新语法特性：

auto foo()->int
{
    return 42;
}

以上代码中的函数声明等同于int foo()，只不过采用了函数返回类型后置的方法，其中auto是一个占位符，函数名后->紧跟的int 才是真正的返回类型。当然，在这个例子中传统的函数声明方式更加简洁。而在返回类型比较复杂的时候，比如返回一个函数指针类型，返回类型后置可能会是一个不错的选择，例如：

int bar_impl(int x)
{
    return x;
}
typedef int(*bar)(int); 
bar foo1()
{
    return bar_impl;
}
auto foo2()->int(*)(int)
{
    return bar_impl;
}
int main(int argc, char** argv) {
    auto func = foo2();   
    func(58);
    return 0;
}

在上面的代码中，函数foo2的返回类型不再是简单的int而是函数指针类型。使用传统函数声明语法的foo1无法将函数指针类型作为返回类型直接使用，所以需要使用typedef给函数指针类型创建别名 bar，再使用别名作为函数foo1的返回类型。而使用函数返回类型后置语法的foo2则没有这个问题。同样，auto作为返回类型占位符，在->后声明返回的函数指针类型int(*)(int)即可。

​​​​​​​推导函数模板返回类型

C++11标准中函数返回类型后置的作用之一是推导函数模板的返回类型，当然前提是需要用到decltype说明符，例如：

template
auto sum1(T1 t1, T2 t2)->decltype(t1 + t2)
{
    return t1 + t2;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    auto x1 = sum1(4, 2);
    return 0;
}

在上面的代码中，函数模板sum1有两个模板形参T1和T2，它们分别是函数形参t1和t2的类型。为了让sum1函数的返回类型由实参自动推导，这里需要使用函数返回类型后置来指定decltype说明符推导类型作为函数的返回类型。请注意，decltype(t1 + t2)不能写在函数声明前，编译器在解析返回类型的时候还没解析到参数部分，所以它对t1和t2一无所知，自然会编译失败：

decltype(t1 + t2) auto sum1(T1 t1, T2 t2) { … }  // 编译失败，无法识别 t1和t2

实际上，在C++11标准中只用decltype关键字也能写出自动推导返回类型的函数模板，但是函数可读性却差了很多，以下是最容易理解的写法：

template
decltype(T1() + T2()) sum2(T1 t1, T2 t2)
{
    return t1 + t2;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    sum2(4, 2);
    return 0;
}

以上代码使用decltype(T1()+T2())让编译器为我们推导函数的返回类型，其中T1()+T2()表达式告诉编译器应该推导T1类型对象与T2类型对象之和的对象类型。但是这种写法并不通用，它存在一个潜在问题，由于T1() + T2()表达式使用了T1和T2类型的默认构造函数，因此编译器要求T1和T2的默认构造函数必须存在，否则会编译失败，比如：

class IntWrap {
public:
    IntWrap(int n) : n_(n) {}
    IntWrap operator+ (const IntWrap& other)
    {
        return IntWrap(n_ + other.n_);
    }
private:   
    int n_;
};

int main(int argc, char** argv) 
{
    sum2(IntWrap(1), IntWrap(2));    // 编译失败，IntWrap没有默认构造函数
    return 0;
}

虽然编译器在推导表达式类型的时候并没有真正计算表达式，但是会检查表达式是否正确，所以在推导IntWrap() + IntWrap()时会报错。为了解决这个问题，需要既可以在表达式中让T1和T2两个对象求和，又不用使用其构造函数方法，于是就有了以下两个函数模板：

template
decltype(*static_cast(nullptr) + *static_cast(nullptr)) sum3(T1 t1, T2 t2)
{
    return t1 + t2;
}
template
T&& declval();

template
decltype(declval() + declval()) sum4(T1 t1, T2 t2)
{
    return t1 + t2;
}

int main(int argc, char** argv) 
{
    sum3(IntWrap(1), IntWrap(2));  
    sum4(IntWrap(1), IntWrap(2));
    return 0;
}

在上面的代码中，函数模板sum3使用指针类型转换和解引用求和的方法推导返回值，其中*static_cast(nullptr)+ * static_cast(nullptr)分别将nullptr转换为T1和T2 的指针类型，然后解引用求和，最后利用decltype推导出求和后的对象类型。由于编译器不会真的计算求值，因此这里求和操作不会有问题。

函数模板sum4则是利用了另外一个技巧，其实本质上与sum3相似。在标准库中提供了一个declval函数模板声明(没有具体实现)，它将类型T转换成引用类型，这样在使用decltype推导表达式类型时不必经过构造函数检查。由于标准库中declval的实现比较复杂，因此我在这里实现了一个简化版本。declval()+ declval()表达式分别通过declval将T1和T2转换为引用类型并且求和，最后通过decltype推导返回类型。

可以看出，虽然这两种方法都能达到函数返回类型后置的效果，但是它们在实现上更加复杂，同时要理解它们也必须有一定的模板元编程的知识。为了让代码更容易被其他人阅读和理解，还是建议使用函数返回类型后置的方法来推导返回类型。