为何无法用std::add_rvalue_reference<T>::type直接替代std::declval？

根据cppreference的说明，std::declval的一种可能实现如下：

template<typename T>
constexpr bool always_false = false;
 
template<typename T>
typename std::add_rvalue_reference<T>::type declval() noexcept
{
    static_assert(always_false<T>, "declval not allowed in an evaluated context");
}

我尝试用std::add_rvalue_reference<Test>::type替代std::declval<T>()的用法，但编译失败，测试代码如下：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

struct Test {
    int func() {
        return 1;
    }
};

template<typename T>
constexpr bool always_false = false;
 
template<typename T>
typename std::add_rvalue_reference<T>::type Decltype() noexcept
{
    static_assert(always_false<T>, "declval not allowed in an evaluated context");
}

int main() {
    if (std::is_same_v<decltype(std::add_rvalue_reference<Test>::type.func()),int>) {
        std::cout <<"same\n";
    } else {
        std::cout <<"different\n";
    }
}

原因分析 #

• std::add_rvalue_reference<Test>::type是类型名称，不是可执行的表达式。C++语法不允许直接对类型调用成员函数——你必须拥有该类型的对象（或能产生该类型值的表达式）才能调用成员函数。
• std::declval<T>()本质是一个函数模板，它的返回值类型确实是std::add_rvalue_reference<T>::type，但关键在于它是一个函数调用表达式。在decltype中，这个表达式不需要被实际执行（decltype仅用于分析表达式的类型），所以函数体里的static_assert永远不会触发，但编译器能通过这个表达式生成一个合法的右值引用类型"对象"，进而允许你调用成员函数。

修正方案 #

方案1：使用自定义的Decltype函数调用 #

把代码里的std::add_rvalue_reference<Test>::type替换成Decltype<Test>()，用函数调用表达式生成合法的右值引用类型：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

struct Test {
    int func() {
        return 1;
    }
};

template<typename T>
constexpr bool always_false = false;
 
template<typename T>
typename std::add_rvalue_reference<T>::type Decltype() noexcept
{
    static_assert(always_false<T>, "declval not allowed in an evaluated context");
}

int main() {
    if (std::is_same_v<decltype(Decltype<Test>().func()), int>) {
        std::cout << "same\n";
    } else {
        std::cout << "different\n";
    }
}

方案2：直接使用标准库的std::declval #

直接用标准库提供的std::declval更简洁：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

struct Test {
    int func() {
        return 1;
    }
};

int main() {
    if (std::is_same_v<decltype(std::declval<Test>().func()), int>) {
        std::cout << "same\n";
    } else {
        std::cout << "different\n";
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者cpp