为何返回成员的副本而非引用？C++值类别与decltype(auto)解析

根据cppreference的说明，左值对象的成员同样是左值：

以下表达式为左值表达式：
a.m（对象成员表达式），除非m是成员枚举器、非静态成员函数，或者a是右值且m是对象类型的非静态数据成员；

我们来看一个示例程序：自定义类Test是int的包装类，添加了各类构造、赋值的打印语句；另有模板函数get，接受T的万能引用，用decltype(auto)返回其成员。

#include <iostream>

struct Test 
{
    int member;
    explicit Test(int member): member(member) { std::cout << "Ctor" << std::endl; }
    Test(const Test& other): member(other.member) { std::cout << "Copy ctor" << std::endl; }
    Test(Test&& other) noexcept: member(other.member) { std::cout << "Move ctor" << std::endl; }
    Test& operator=(const Test& other) { member = other.member; std::cout << "Copy =" << std::endl; return *this; }
    Test& operator=(Test&& other) { member = other.member; std::cout << "Move =" << std::endl; return *this; }
    ~Test() { std::cout << "Dtor" << std::endl; }
};

template <typename T>
decltype(auto) get(T&& obj)
{   
    std::cout << "Is obj lvalue ref? " << std::is_lvalue_reference_v<decltype(std::forward<T>(obj))> << std::endl;
    return std::forward<T>(obj).member;
}

int main()
{
    Test test{1234};
    auto&& ret = get(test);
    ret = 5678;
    std::cout << "test.member is equal to " << test.member << std::endl;
    return 0;
}

我对decltype(auto)的推导规则理解如下：

• 对于prvalue，推导为其类型
• 对于lvalue，推导为引用
• 对于xvalue，推导为右值引用

但程序输出如下：

Ctor
Is obj lvalue ref? 1
test.member is equal to 1234
Dtor

main函数中的赋值ret = 5678并未改变test对象的成员值，说明返回的是成员副本，这和我的理解不符，这是为什么？

问题出在decltype(auto)的推导细节上：decltype对表达式的推导规则分两种情况——

1. 若表达式是无括号的标识符（比如直接访问的成员变量member），decltype会直接取该标识符的声明类型；
2. 若表达式是带括号的复合表达式，decltype才会根据表达式的值类别推导类型。

你的return std::forward<T>(obj).member;语句中，std::forward<T>(obj).member是无括号的成员访问表达式，属于标识符范畴，因此decltype(auto)会直接推导为member的声明类型int，而非左值对应的int&。这就导致函数返回的是原成员的副本，而非引用，所以对ret的赋值不会影响原对象的test.member。

只需要给返回的成员表达式加上括号，让decltype(auto)根据值类别推导：

return (std::forward<T>(obj).member);

修改后，(std::forward<T>(obj).member)是带括号的左值表达式，decltype(auto)会推导为int&，函数返回原成员的引用。此时程序输出会变为：

Ctor
Is obj lvalue ref? 1
test.member is equal to 5678
Dtor

总结：decltype(auto)对无括号的成员/变量标识符，会直接取其声明的非引用类型；只有用括号包裹表达式，才会遵循值类别推导引用类型，这是容易被忽略的细节。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mati