Невозможно создать экземпляр шаблона функции, который использует decltype для вывода типа возвращаемого значения, если он вызывается из лямбды?

Это всего лишь несколько тестовых примеров для людей.

Работает

template <typename F>
auto foo(F f) -> decltype(f())
{
  return f();
}

void dummy() {}

int main()
{
    auto x = []()
            {   // non-lambda parameter
                foo(dummy);
            };
}

template <typename F>
auto foo(F f) -> decltype(f())
{
  return f();
}

int main()
{
    auto f = [](){};
    auto x = [&]()
            {    // pre-defined lambda
                foo(f);
            };
}

Не удается

template <typename F>
auto foo(F f) -> decltype(f())
{
  return f();
}

int main()
{
    auto x = []()
            {   // in-argument lambda
                foo([]{});
            };
}

template <typename F>
auto foo(F f) -> decltype(f())
{
  return f();
}

int main()
{
    auto x = []()
            {   // in-scope lambda
                auto f = []{};
                foo(f);
            };
}

template <typename F>
auto foo(F f) -> decltype(f())
{
  return f();
}

int main()
{
    auto x = []()
            {   // in-scope lambda, explicit return
                // (explicit return type fails too, `-> void`)
                auto f = [](){ return; };
                foo(f);
            };
}

template <typename F>
auto foo(F f) -> decltype(f())
{
  return f();
}

int main()
{
    auto x = []()
            {   // in-argument lambda, explicit return non-void
                // (explicit return type fails too, `-> int`)
                foo([]{ return 5; }); 
            };
}

Так что, похоже, это связано с областью действия и типом void внутренней лямбда-выражения, даже если оно указано явно.(?)

Природа «авто» позволяет компилятору вычислить тип. Но ваш первый пример содержит рекурсивные ссылки друг на друга, поэтому для вычисления auto из foo вам нужен бар, а для создания экземпляра бара вам нужен foo.

С другой стороны, второй пример явно сообщает компилятору: «Это должен быть указатель на функцию, так что успокойтесь на время». Поскольку указатель на функцию хорошо вычисляется, компилятор знает, что именно будет зарезервировано. Просто для аналога: сравните предварительное объявление члена

struct A; //forward
...
A a1; //this is an error
A *a2; //this is correct since pointer calculated in bytes