一、traits机制
以迭代器为演示案例
- 标准库有一个advance()算法，该算法用来将迭代器移动给定距离，其第一个参数为迭代器，第二个参数为要移动的距离
- 我们知道迭代器分为5种：
- Input Iterator：这种迭代器所指的对象，不允许外界改变。只读
- Output Iterator：只写
- Forward Iterator：允许“写入型”算法（如replace()）在此迭代器所形成的区间上进行读写操作
- Bidirectional Iterator：可双向移动。某些算法需要逆向遍历某个迭代器区间（例如逆向拷贝某范围内的元素），可以使用这种类型的迭代器
- Random Access Iterator：这种迭代器涵盖了上面4中迭代器所有的功能
- 对于上面的五种迭代器，标准库分为定义了下面5个类用来表示五种迭代器：
//用于标记迭代器的类型
struct input_iterator_tag {};
struct output_iterator_tag {};
struct forward_iterator_tag :public input_iterator_tag {};
struct bidirectional_iterator_tag :public forward_iterator_tag {};
struct random_access_iterator_tag :public bidirectional_iterator_tag {};
- 不同的迭代器，其移动方向不同，因此我们的advance()算法需要获取迭代器的类型，然后进行相对应的移动操作。下面是advance()的伪代码形式：
- 例如：deque和list分别支持随机访问迭代器和双向移动迭代器，它们的定义如下：
template<...>
class deque
{
public:
class iterator {
public:
typedef random_access_iterator_tag iterator_category; //表示迭代器的类型
};
};
template<...>
class list
{
public:
class iterator {
public:
typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; //表示迭代器的类型
};
};
- 那么我们如何获取迭代器的类型哪？那就是traits技术，它们允许你在编译期间获取某些类型信息
- 对于迭代器，标准库又定义了一个名为iterator_traits的类，用来萃取迭代器的类型：
//用来处理迭代器的信息
template<typename T>
struct iterator_traits;
- iterator_traits的定义如下：
- 其根据传入的迭代器，然后萃取迭代器中的iterator_category成员，然后定义为自己的iterator_category成员
- iterator_category成员最初是迭代器的类型，因此，iterator_traits中的iterator_category就代表迭代器的类型
template<typename IterT>
struct iterator_traits
{
//因为iterator_category为数据类型，因此需要用typename
typedef typename IterT::iterator_category iterator_category；
};
- 如何萃取：
- 我们使用迭代器来初始化iterator_traits，例如iterator_traits<IterT>
- 然后iterator_traits内含有一个名为iterator_category，这个用来表示迭代器IterT的类型
- 偏特化版本（针对于原始指针）：
- 上面对于用户自定义类型有效，但是如果迭代器是原始指针类型，那就不行了，因为指针没有typedef
- 因此我们需要对于iterator_traits设计偏特化版本，用来专门处理指针（代码如下）
- 原始指针与random_access_iterator_tag拥有相同的行为，所以我们为指针类型设置为random_access_iterator_tag别名
template<typename IterT>
struct iterator_traits<IterT*>
{
//原始指针与random_access_iterator_tag属于同一类型
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
};
二、设计自己的traits
- 确认若干你希望将来可取得的类型相关信息。例如对迭代器而言，我们希望将来可取得其分类（category）
- 为该信息选择一个名称（例如iterator_category）
- 提供一个template和一组特化版本（例如前面介绍的），内含你希望支持的类型相关信息
三、traits与重载技术的结合
- 当有了traits机制之后，我们的advance()算法就可以获取迭代器的类型，并判断做相对应的事情了
错误实现方式
- 那么一份错误的advance()伪代码如下所示，其用来判断迭代器的类型：
template<typename IterT,typename DistT>
void advance(IterT& iter, DistT d)
{
if (typeid(typename std::iterator_traits<IterT>::iterator_category)
== typeid(std::random_access_iterator_tag))
{
..
}
else
//...
}
- 错误的原因在于：
- ①这段代码会产生编译器的错误，详细介绍留到条款48介绍
- ②IterT类型在编译期间获取，iterator_traits<IterT>::iterator_category也可在编译期间确定，但是if语句是在运行期间才会核定。因此将编译期完成的事情延迟到运行期采取确定，那么这不仅浪费时间，也可能造成代码膨胀
正确的做法
- 有一个方法就是重载，当你重载某函数之后，可以根据你传入的参数来调用不同的版本
- 因此advance()也是这么实现的，其设计了三个名为三个名为doAdvance()的函数，作为advance()内部调用：
- 因为forward_iterator_tag继承于input_iterator_tag，因此input_iterator_tag版本的advance()也能够处理forward_iterator_tag迭代器
- 对于input_iterator_tag来说，其移动负距离会导致不明确行为，因此需要进行检测并进行相对应的错误处理
template<typename IterT,typename DistT>
void doAdvance(IterT& iter, DistT d,std::random_access_iterator_tag)
{
iter += d;
}
template<typename IterT, typename DistT>
void doAdvance(IterT& iter, DistT d, std::bidirectional_iterator_tag)
{
if (d >= 0){
while (d--)
++iter;
}
else {
while (d++)
--iter;
}
}
template<typename IterT, typename DistT>
void doAdvance(IterT& iter, DistT d, std::input_iterator_tag)
{
if (d < 0){
//错误处理
}
while (d--)
++iter;
}
- 有了上面的重载函数之后，我们就可以在用户层调用的advance()函数中调用这些重载版本了：
template<typename IterT, typename DistT>
void advance(IterT& iter, DistT d, std::input_iterator_tag)
{
//萃取迭代器的类型，调用不同的版本
return doAdvance(iter, d, typename std::iterator_traits<IterT>::iterator_category());
}
四、traits class的总结
- 使用traits class的总结：
- 建立一组重载或函数模板（例如doAdvance），彼此间的差异只在于各自的traits参数。令每个函数实现码与其接受之traits信息相对应
- 建立一个空值函数或函数模板（例如advance），它调用上述那些doAdvance()函数，并传递traits class所提供的信息
- Traits广泛应用于标准程序库：
- 其中当然有上述讨论的iterator_traits，除了供应iterator_categoty()还提供了另外四份迭代器相关信息（其中最有用的是value_type，见条款42）
- 令外还有char_traits用来保存字符类型的相关信息
- numeric_limits用来保存数值类型的相关信息，例如某数值类型可表现之最小值和最大值等等（此处命名没有采用以traits结尾的风格）
五、总结
- Traits classes使得“类型相关信息”在编译期可用。它们以templates和“templates特化”完成时限
- 整合重载技术后，traits classes有可能在编译期对类型执行if...else测试