一、 c++ traits
traits是c++模板编程中使用的一种技术,主要功能:
把功能相同而参数不同的函数抽象出来,通过traits将不同的参数的相同属性提取出来,在函数中利用这些用traits提取的属性,使得函数对不同的参数表现一致。
traits是一种特性萃取技术,它在Generic Programming中被广泛运用,常常被用于使不同的类型可以用于相同的操作,或者针对不同类型提供不同的实现.traits在实现过程中往往需要用到以下三种C++的基本特性:
enum、typedef、template (partial) specialization
其中:
enum用于将在不同类型间变化的标示统一成一个,它在C++中常常被用于在类中替代define,你可以称enum为类中的define;
typedef则用于定义你的模板类支持特性的形式,你的模板类必须以某种形式支持某一特性,否则类型萃取器traits将无法正常工作
template (partial) specialization被用于提供针对特定类型的正确的或更合适的版本.
参考 c++ traits
二、 c++11 中 type_traits
通过type_traits可以实现在编译期计算、查询、判断、转换和选择,增强了泛型编程的能力,也增强了程序的弹性,使得我们在编译期就能做到优化改进甚至排错,能进一步提高代码质量。
1. 基本的type_traits
1.1 简单的type_traits(以定义结构体/类中的常量为例)
定义一个编译期常量 template<typename T> struct GetLeftSize{ //使用静态常量 static const int value = 1; //或者使用 enum enum{value = 1}; }; 在c++11中直接继承 std::integral_constant即可。 template<typename T> struct GetLeftSize : std::integral_constant < int, 1 > { }; int main(){ cout << GetLeftSize<float>::value << endl; return 0; } std::integral_constant的实现: // TEMPLATE CLASS integral_constant template<class _Ty, _Ty _Val> struct integral_constant { // convenient template for integral constant types static const _Ty value = _Val; typedef _Ty value_type; typedef integral_constant<_Ty, _Val> type; operator value_type() const { // return stored value return (value); } };
这样,在想要在结构体或类中定义一个整型常量,则可以使该结构体或类继承自 std::integral_constant< int/unsigned int/short/uint8_t/....等整型类型, 想要的值>,则该结构体内部就有了一个 static const的value,访问该value即可。
std::true_type, std::false_type分别定义了编译期的true和false类型。
typedef integral_constant<bool, true> true_type; typedef integral_constant<bool, false> false_type;
1.2 类型判断的type_traits
这些类型判断的type_traits从std::integral_constant派生,用来检查模板类型是否为某种类型,通过这些traits可以获取编译期检查的bool值结果。
template<typename T> struct is_integral; //用来检查T是否为bool、char、char16t_t、char32_t、short、long、long long或者这些类型的无符号整数类型。如果T是这些类型中的某一类型,则std::is_integral::value 为true, 否则为false。 其他的一些类型判断type_traits template<typename T> struct is_void; //是否为void类型 template<typename T> struct is_floating_point; //是否为浮点类型 is_const, is_function, is_pointer, is_compound.... std::is_const<int>::value //false std::is_const<const int>::value //true
1.3 判断两个类型之间关系的traits
traits 类型 | 说明 |
---|---|
template< typename T, typename U> struct is_same; |
判断两个类型是否相同 |
template< typename T, typename U> struct is_base_of; |
判断类型T是否是类型U的基类 |
template< typename T, typename U> struct is_convertible; |
判断类型T能否转换为类型U |
和type_traits的其他使用一样,通过 is_xxx::value 获得结果(true/false).
1.4 类型的转换 traits
traits类型 | 说明 |
---|---|
template< typename T> struct remove_const; |
移除const |
template< typename T> struct add_const; |
添加const |
template< typename T> struct remove_reference; |
移除引用 |
template< typename T> struct add_lvalue_reference; |
添加左值引用 |
template< typename T> struct add_rvalue_reference; |
添加右值引用 |
template< typename T> struct remove_extent; |
移除数组顶层的维度, 比如 int [3][3][2] 变为 int [3][2] |
template< typename T> struct remove_all_extent; |
移除数组所有的维度,比如 int [3][3][2] 变为 int |
template< typename T> struct remove_pointer; |
移除指针 |
template< typename T> struct add_pointer; |
添加指针 |
template< typename T> struct decay; |
移除cv或者添加指针 |
template< typename .... T> struct common_type; |
获取公共类型 |
通过 ::type来访问这些类型。
std::cout << std::is_same<const int, std::add_const<int>::type>::value << endl; //结果为true std::cout << std::is_same<int, std::remove_all_extent<int[2][2][3]>::type>::value<<endl; //在根据模板参数创建对象时,要注意移除引用: template<typename T> typename std::remove_reference<T>::type* Create(){ typedef typename std::remove_reference<T>::type U; return new U(); } //因为模板参数可能是引用类型,而创建对象时,需要原始的类型,不能用引用类型,所以需要将可能的引用移除 //如果给的模板参数是一个带cv描述符的引用类型,要获取它的原始类型,可以使用decay template<typename T> typename std::decay<T>::type* Create(){ typedef typename std::decay<T>::type U; return new U(); } decay还可以获得函数的指针类型,从而将函数指针变量保存起来,以便在后面延迟调用。 typdef std::decay<int(double)>::type F; //F为一个函数指针类型, int(*)(double) template<typename F> struct SimpleFunction{ using FnTyppe = typename std::decay<F>::type; SimpleFunction(F& f): m_fn(f){}; void Run(){ m_fn(); } FnType m_fn; };
2. 根据条件选择的traits
std::conditional在编译期根据一个判断式选择两个类型中的一个,和条件表达式的语义类似,类似于一个三元表达式:
template<bool B, class T, class F> struct conditional; 在std::conditonal模板参数中,如果B为true,则conditional::type为T,否则为F。 std::conditional<true, int, double>::type //= int
3. 获取可调用对象返回类型的traits
在类型推导的时候,decltype和auto可以实现模板函数的返回类型。比如
//返回类型后置 template<typename F, typename Arg> auto Func(F f, Arg arg)->decltype(f(arg)){ return f(arg); }
c++11提供了另一个traits——result_of,用来在编译期获取一个可调用对象的返回类型。
template<typename F, class... ArgTypes> class result_of<F(ArgTypes...)>; int fn(int) {return int();}; typedef int(&fn_ref)(int); typedef int(*fn_ptr)(int); struct fn_class{ int operator()(int i){ return i; } }; int main(){ typedef std::result_of<decltype(fn)&(int)>::type A; //int typedef std::result_of<fn_ref(int)>::type B; //int typedef std::result_of<fn_ptr(int)>::type C; //int typedef std::result_of<fn_class(int)>::type D; //int return 0; } 需要注意 std::result_of<Fn(ArgTypes)> 要去Fn为一个可调用对象,而函数类型不是一个可调用对象,因此,不能使用 typedef std::result_of<decltype(fn)(int)>::type A: //错误 需要先将fn转换为一个可调用对象类型,比如: typedef std::result_of<decltype(fn)&(int)>::type A; typedef std::result_of<decltype(fn)*(int)>::type B; typedef std::result_of<std::decay<decltype(fn)>::type(int)>::type C;
4. 根据条件禁用或启用某种或某些类型traits
std::enable_if利用SFINAE实现条件选择重载函数
template< bool B, class T = void> //T为返回类型,常用作函数的返回类型 struct enable_if; ``` `当B为true的时候,返回类型T,否则编译出错。` ``` template<class T> //T只有为合法的类型,才能调用该函数,否则编译出错 typename std::enable_if<std::is_arithmetic<T>::value, T>::type foo(T t){ return t; } auto r = foo(1); //返回1 auto r1 = foo(1.2); //返回1.2 auto r2 = foo("hello"); //编译出错
可以利用这一点来实现相同函数名,但不同类型参数的函数的重载:
//对于arithmetic类型的入参返回0,对于非arithmetic类型返回1,通过arithmetic将所有的入参分为两大类进行处理。 template<class T> typename std::enable_if<std::is_arithmetic<T>::value, int>::type foo(T t){//函数返回类型为int cout << t << endl; return t; } template<class T> typename std::enable_if<! std::is_arithmetic<T>::value, int>::type foo(T t){//函数返回类型为int cout << typeid(T).name() << endl; return 1; }