• c++11——type_traits 类型萃取


    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;
    }
    
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