C++14の新機能: 関数の戻り値の型推定

C++14では、通常の関数に、戻り値の型推定という機能が加わった。

C++14の戻り値の型推定を解説する前に、まずC++11の話を使用。

戻り値の型推定は、C++11のlambda式に備わっていた。ただし、C++11では、lambda式が戻り値の型推定を行うためには、本体はreturn文ひとつだけでなければならないという制約があった。return文ひとつだけでない場合、戻り値の型はvoid型となる。

// C++11のlambda式
// 戻り値の型はint
[](){ return 0 ; } ;

// 戻り値の型はvoid
[]() { } ;


// ill-formed.
// 戻り値の型はvoidなのにint型を返している。
[]()
{
    int x = 0 ;
    return x ;
} ;

C++14では、通常の関数の戻り値の型推定機能の導入と共に、そのような制限は撤廃された。

// C++14のlambda式
// well-formed
[]()
{
    int x = 0 ;
    return x ; 
} ;

また、C++11では、placeholder typeという機能が導入された。

// C++11のplaceholder type
auto x = 0 ; // int

C++14では、placeholder typeに、decltype(auto)が追加された。

// C++14のplaceholer type
decltype(auto) x = 0 ; // int

decltype(auto)とautoの違いについては、前回の解説を参照。

本の虫: C++14の新機能: decltype(auto)

C++14に追加された通常の関数の戻り値の型推定は、このplaceholder typeを関数の戻り値の型として指定できる。その場合、型はreturn文のオペランドの式から推定される。

// C++14の戻り値の型推定

// void
auto f() { }

// int
auto g() { return 0 ; }

// int
decltype(auto) h() { return 0 ; }

戻り値の型としてのplaceholder typeは、後置することもできる。

auto f() -> auto
{
    return 0 ;
}

この文法が認められている理由は、主に、lambda式にplaceholder typeを記述するためだ。


// int &
[]() -> auto & 
{
    static int x ;
    return x ;
} ;

decltype(auto)は、主に戻り値の型推定を行わせるために追加された。

int & f() ;

// int
auto g() { return f() ; }

// int &
decltype(auto) h() { return f() ; }

C++14の戻り値の型推定には、C++11のlambda式の戻り値の型推定のような、とても使いづらい制限はない。普通に書けば普通に動く。ただし、細かい点で注意すべきところはある。

すべてのreturn文のオペランドの式の型は、一致していなければならない。

auto f()
{
    return 0 ;
    return 0.0 ; // ill-formed. 型の不一致
}

再帰はできる。もちろん、return文のオペランドの式の型は、すべて一致していなければならない。


auto ackermann( int m, int n )
{
    if ( m == 0 )
        return n + 1 ;
    if ( n == 0 )
        return ackermann( m - 1, 1 ) ;
    else
        return ackermann( m - 1, ackermann( m, n-1 ) ) ;
}

placeholder typeの型推定にあたって、まだ型推定されていないplaceholder typeが現れる場合は、エラーとなる。これは、変数の場合と同等だ。


auto x = x ; // エラー

auto f() ;
// エラー
auto g() { return f() ; }

placeholder typeを使った関数を再宣言する場合は、同じplaceholder typeを使わなければならない。推定される具体的な型を使うことはできない。

auto f() ; // OK、宣言
auto f() { return 0 ; } // OK、定義

auto f() ; // OK、再宣言

// ill-formed
// 同じplaceholer typeを使わなければならない
decltype(auto) f() ;
int f() ;

関数テンプレートの明示的実体化や明示的特殊化でも、同じplaceholder typeを使わなければならない。

// #1
template < typename T > auto f( T t ) { return t ; }

// 明示的実体化
extern template auto f( int ) ; // OK
extern template char f( char ) ; // エラー

// 明示的特殊化
template < > auto f( short ) ; // OK
template < > long f( long ) ; // エラー

// #2
// #2は#1とは異なるテンプレートであることに注意
template < typename T > T f( T t ) { return t ; }

extern template char f( char ) ; // OK, #2の明示的実体化
template < > long f( long ) ; // OK、#2の明示的特殊化

もちろん、上記のテンプレートは、実際に実体化して使う際に曖昧になるが、それは使う場合の話であって、テンプレートの話ではない。

virtual関数で戻り値の型推定機能を使うことはできない。提案論文のN3638によれば、技術上可能ではあるが、オーバーライドのチェックとvtableレイアウトが複雑化するため、現時点では禁止しておくとのことだ。

戻り値の型推定で、std::initializer_listを推定することはできない。

placeholder typeで変数を宣言する場合は、std::initalizer_listを推定することができるが、std::initializer_listは実装の都合上、自動ストレージ上に構築して参照渡しをするため、関数の戻り値として返すのは不適切であるという理由に寄る、

// OK
// std::initializer_list<int>
auto x = { 1, 2, 3 } ;

// エラー
// std::initializer_listは推定できない
auto f()
{
    return { 1, 2, 3 } ;
}

以上、細かい点はあるが、通常の利用では、それほど気にする必要はない。普通に書けば、自然に動くように設計されているはずだ。