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戻り値のdecltype(auto)について、ユニバーサル参照について

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以下のようなコードを書きました。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <tuple>
#include <type_traits>

template <typename T>
decltype(auto) ret(T&& val) {
    return val;
}

template <typename T>
auto cout_check(T& val) {
    std::cout << "左辺値" << std::endl;
}

template <typename T>
auto cout_check(T&& val) {
    std::cout << "左辺値" << std::endl;
}


int main()
{
    // T から T&&に変換できないとは?
    int i = 0;
    cout_check(ret(i));
    cout_check(ret(0));
}

T から T&&に変換できないというエラーが出ました。
僕の予想だと、T&&でユニバーサル参照としてどちら右辺値左辺値どちらも対応が可能で、decltype(auto)によりそれぞれの参照が返され、
"左辺値"
"右辺値"
と出力されると思っていました。

また、これも疑問なのですが、
auto cout_check(T&& val)と書いた場合、この場合、右辺値を引数とすることを考えているのですが、
ユニバーサル参照と右辺値参照は文法が同じ?ため、どちらでも参照できてしまう関数になってしまうかと思います。

明示的に左辺値参照での引数受け取り、右辺値参照での引数受け取りをしたい場合はこの書き方(cout_checkのような)でいいのでしょうか。

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回答 2

checkベストアンサー

+1

まあそもそもcout_checkの中身両方左辺値って書いてますやん、というツッコミはさておき本題へ。

端的に言うと、retのreturn文をreturn std::forward<T>(val);にすれば通ります。

C++でもっともお手軽に型を確認する手段である、[[deprecated]] attributeをつけて確認してみましょう。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <tuple>
#include <type_traits>

template <typename T>
[[deprecated]] decltype(auto) ret(T&& val) {
    return std::forward<T>(val);
    //return val;
}

template <typename T>
auto cout_check(T&) {
    std::cout << "左辺値" << std::endl;
}

template <typename T>
auto cout_check(T&&) {
    std::cout << "右辺値" << std::endl;
}
int f() { return 3; }

int main()
{
    // T から T&&に変換できないとは?
    int i = 0;
    cout_check(ret(i));
    cout_check(ret(0));
    cout_check(ret(f()));
}

https://wandbox.org/permlink/2bW402AZYXRdO3Qt

prog.cc:29:16: warning: 'ret<int &>' is deprecated [-Wdeprecated-declarations]
    cout_check(ret(i));
               ^
prog.cc:9:3: note: 'ret<int &>' has been explicitly marked deprecated here
[[deprecated]] decltype(auto) ret(T&& val) {
  ^
prog.cc:30:16: warning: 'ret<int>' is deprecated [-Wdeprecated-declarations]
    cout_check(ret(0));
               ^
prog.cc:9:3: note: 'ret<int>' has been explicitly marked deprecated here
[[deprecated]] decltype(auto) ret(T&& val) {
  ^
prog.cc:31:16: warning: 'ret<int>' is deprecated [-Wdeprecated-declarations]
    cout_check(ret(f()));
               ^
prog.cc:9:3: note: 'ret<int>' has been explicitly marked deprecated here
[[deprecated]] decltype(auto) ret(T&& val) {
  ^
3 warnings generated.

左辺値
右辺値
右辺値

retにlvalueを渡したときは確かに引数の型はint&になっていて、rvalueを渡したときはint&&になっていることが確認できます。

じゃあなぜだめだったのか?もっとシンプルなコードを見ていきましょう。

#include <type_traits>
int main()
{
    int&& r = 3;
    static_assert(std::is_same_v<decltype(r), int&&>);
    decltype(auto) aa = r;
}

https://wandbox.org/permlink/dNlWQiBpA0v6UxcJ

prog.cc:6:20: error: rvalue reference to type 'int' cannot bind to lvalue of type 'int'
    decltype(auto) aa = r;
                   ^    ~
1 error generated.

つまりどういうことかと言うと、int&&型の変数はlvalueだと言うことです。

ではstd::forwardが入るとどうなるのか?std::forwardstatic_cast<T&&>(t)を返すのでした。

rvalue referenceへのキャスト式の評価結果はrvalueであり、rvalue referenceを返す関数の呼び出しの評価結果はrvalueであることを利用します。

順を追ってコードを書き換えていきましょう。

#include <type_traits>
int main()
{
    int&& r = 3;
    static_assert(std::is_same_v<decltype(r), int&&>);
    [[maybe_unused]] decltype(auto) aa = static_cast<int&&>(r);
}

https://wandbox.org/permlink/vTpYLaRos85YbmOm

このようにするとコンパイルが通ります。なぜならばrvalue referenceへのキャスト式の評価結果はrvalueだからです。

#include <type_traits>
#include <utility>
int main()
{
    int&& r = 3;
    static_assert(std::is_same_v<decltype(r), int&&>);
    [[maybe_unused]] decltype(auto) aa = std::forward<int>(r);
}

https://wandbox.org/permlink/9NQcbjeMBFkf3rLY

このコードもコンパイルが通ります。なぜならばrvalue referenceを返す関数の呼び出しの評価結果はrvalueだからです。

もっと全体的に知りたい場合は
みんなlvalueとrvalueを難しく考えすぎちゃいないかい? - Qiita
をどうぞ。

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  • 2020/04/09 13:26

    あっ、コンパイルすら通っておらず気づいてませんでしたね…ありがとうございます。
    完全転送しないとだめなのですね。記事再度拝見します。ありがとうございます。

    キャンセル

+1

間違いやすくて重要なことなんですが右辺値参照は左辺値です。 なのでこの場合には decltype(auto) は int& と推論されます。

右辺値参照・左辺値参照の振り分けを伝播させるために std::forward があるのでこれを用いてください。

cout_check についてはそのようなやり方で問題ありません。

ただ、左辺値参照・右辺値参照の振り分けが質問者の意図通りにはならないにせよエラーになるのはおかしいですね。 コンパイラのバグかもしれません。

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  • 2020/04/09 14:49

    なるほど、それはちょっとじっくり検討してみます。

    キャンセル

  • 2020/04/09 16:06

    https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4140/dcl.spec.auto#7
    より、関数の戻り値におけるdecltype(auto)指定は単にreturn文をdecltypeで評価したものであり、例えば()で囲われてから評価されたりはしません(decltype(val)であってdecltype((val))ではない)。
    valはan unparenthesized id-expressionに該当しますから
    https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4140/dcl.type.simple#4.1
    のルールが適用され、int&&となるのが正しいと考えられます。

    つまり、やはりGCCのバグでいいと思います。

    バグレポは出ているのですがずっと放置されてます。
    https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=64892

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