山寨STL实现之traits,construct&destruct

traits技术被广泛应用于STL中，通过它您可以轻松的萃取出一个对象的特性。在STL中也是通过它来实现性能的最优化，比如一个对象是个POD对象(Plain Old Data)，则在拷贝过程中直接可以通过memcpy等函数拷贝，而无需调用拷贝构造函数或operator=。

先来看看STL中最基本的对象iterator

        template <typename T, typename Size = size_t, typename Difference = ptrdiff_t>
        struct iterator
        {
            typedef T                               value_type;
            typedef Difference                      difference_type;
            typedef T*                              pointer;
            typedef T&                              reference;
            typedef const T*                        const_pointer;
            typedef const T&                        const_reference;
            typedef iterator<T, Size, Difference>   self;
        };

        template <typename T, typename Size = size_t, typename Difference = ptrdiff_t>
        struct const_iterator : public iterator<T>
        {
        };

由以上代码可知，对于每一个iterator必须定义其value_type,size_type,difference_type,pointer,reference,const_pointer,const_reference和self类型。 
一、value_type
value_type指示了该迭代器所保存的值类型
二、difference_type
difference_type用来指示两个迭代器之间的距离类型
三、pointer,reference,const_pointer,const_reference
分别是所指之物的指针,引用,指针常量和引用常量的类型
四、self
self为该迭代器自身的类型

下面来看一下iterator_traits，iterator_traits主要用来萃取迭代器iterator的值类型等

        template <typename Iterator>
        struct iterator_traits
        {
            typedef typename Iterator::value_type      value_type;
            typedef typename Iterator::difference_type difference_type;
            typedef typename Iterator::pointer         pointer;
            typedef typename Iterator::reference       reference;
            typedef typename Iterator::const_pointer   const_pointer;
            typedef typename Iterator::const_reference const_reference;
            typedef typename Iterator::self            self_type;
        };

这里有一点可以提前预告一下，vector作为一个容器，其内部是使用指针作为迭代器的，那么我们如何萃取出它的值类型等呢？
答案很简单，特例化，那么我们就来为iterator_traits分别做两种T*和const T*的特例化

        template <typename T>
        struct iterator_traits<T*>
        {
            typedef T         value_type;
            typedef ptrdiff_t difference_type;
            typedef T*        pointer;
            typedef T&        reference;
            typedef const T*  const_pointer;
            typedef const T&  const_reference;
            typedef T*        self_type;
        };

        template <typename T>
        struct iterator_traits<const T*>
        {
            typedef T         value_type;
            typedef ptrdiff_t difference_type;
            typedef T*        pointer;
            typedef T&        reference;
            typedef const T*  const_pointer;
            typedef const T&  const_reference;
            typedef const T*  self_type;
        };

至此，我们可以用iterator_traits萃取出每种iterator的值类型等内容了。

之前已经说到了，通过traits可以萃取出一些对象的特性，从而提高代码的效率。事实确实如此，通过traits可萃取出一个对象是否是一个POD对象，对于一个POD对象，我们在拷贝时，不应该使用其拷贝构造函数或是operator=，而用memcpy则效率更高。
下面我们来看一下__type_traits

        struct __true_type
        {
        };

        struct __false_type
        {
        };

        template <typename T>
        struct __type_traits
        {
            typedef __true_type  has_default_construct;
            typedef __true_type  has_copy_construct;
            typedef __true_type  has_assign_operator;
            typedef __true_type  has_destruct;
            typedef __false_type is_POD;
        };

不得不提的是其中分别用__true_type和__false_type来表示是否存在这个特性。

那么我们如何萃取出基础类型诸如int,char等的特性呢？
答案依然是特例化，这里代码不再贴出，文末会给出完整代码的详细地址。

最后我们使用一个hash_destruct的函数来获取出这个类型是否有析构函数。

        template <typename T>
        inline auto has_destruct(const T&)->decltype(static_cast<__type_traits<T>::has_destruct*>(0))
        {
            return static_cast<typename __type_traits<T>::has_destruct*>(0);
        }

        template <typename T>
        inline auto has_destruct(T*)->decltype(static_cast<__type_traits<T>::has_destruct*>(0))
        {
            static_assert(false, "Please use const T& not T*");
            return static_cast<typename __type_traits<T>::has_destruct*>(0);
        }

        template <typename T>
        inline auto has_destruct(const T*)->decltype(static_cast<__type_traits<T>::has_destruct*>(0))
        {
            static_assert(false, "Please use const T& not const T*");
            return static_cast<typename __type_traits<T>::has_destruct*>(0);
        }

不得不提的是C++0x的确很强大，可以通过形参来确定返回值的类型，这样我们就可以萃取出这个类型的has_destruct域是__true_type或是__false_type了。

最后来看看construct和destruct的代码，在STL中对象的内存分配和构造是被分开的，对于基础对象int,char等，在析构时我们无需调用其析构函数。
下面来看construct和destruct的实现

        template <typename T1, typename T2>
        inline void construct(T1* p, const T2& value)
        {
            new (p) T1(value);
        }

        template <typename T>
        inline void destruct(T* p, __true_type*)
        {
            p->~T();
        }

        template <typename T>
        inline void destruct(T*, __false_type*)
        {
        }

        template <typename ForwardIterator>
        inline void destruct(ForwardIterator first, ForwardIterator last)
        {
            while(first != last)
            {
                destruct(&*first, has_destruct(*first));
                ++first;
            }
        }

至此，关于traits技术和construct及destruct的讲解已完成，完整的代码请到http://qlanguage.codeplex.com/下载