STL Traits编程技法

时间：2014-04-29 21:32:10 收藏：0 阅读：672

traits编程技法大量运用于STL实现中。通过它在一定程度上弥补了C++不是强型别语言的遗憾，增强了C++关于型别认证方面的能力。

traits编程技法是利用“内嵌型别”的编程技法和编译器的template参数推导功能实现的。

iterator_traits

1.对于class type要求其“内嵌型别”

要求与STL兼容的容器，其迭代器必须定义一下五种型别：

iterator_category　　迭代器类型

value_type　　迭代器所指对象类型

difference_type　　迭代器间的距离类型

pointer

reference

2.对于非class type（如：原生指针）需要使用template partial specialization（偏特化）

 1 //class type的“内嵌型别”
 2 template <class _Iterator>
 3 struct iterator_traits {
 4   typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category;
 5   typedef typename _Iterator::value_type        value_type;
 6   typedef typename _Iterator::difference_type   difference_type;
 7   typedef typename _Iterator::pointer           pointer;
 8   typedef typename _Iterator::reference         reference;
 9 };
10 
11 //对原生指针的偏特化
12 template <class _Tp>
13 struct iterator_traits<_Tp*> {
14   typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
15   typedef _Tp                         value_type;
16   typedef ptrdiff_t                   difference_type;
17   typedef _Tp*                        pointer;
18   typedef _Tp&                        reference;
19 };
20 
21 //对const指针的偏特化
22 template <class _Tp>
23 struct iterator_traits<const _Tp*> {
24   typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
25   typedef _Tp                         value_type;
26   typedef ptrdiff_t                   difference_type;
27   typedef const _Tp*                  pointer;
28   typedef const _Tp&                  reference;
29 };

iterator中为什么要引入traits机制？

提高效率

对效率的至极追求贯穿整个STL设计，traits机制的引入是为了实现同一方法用于不同类型时调用对该类型最高效的版本以提高效率。

例如 advance（）：

 1 //用于input_iterator的版本
 2 template <class _InputIter, class _Distance>
 3 inline void __advance(_InputIter& __i, _Distance __n, input_iterator_tag) {
 4   while (__n--) ++__i;
 5 }
 6 
 7 //用于 bidirectional_iterator的版本
 8 template <class _BidirectionalIterator, class _Distance>
 9 inline void __advance(_BidirectionalIterator& __i, _Distance __n, 
10                       bidirectional_iterator_tag) {
11   __STL_REQUIRES(_BidirectionalIterator, _BidirectionalIterator);
12   if (__n >= 0)
13     while (__n--) ++__i;
14   else
15     while (__n++) --__i;
16 }
17 
18 //用于 random_access_iterator的版本
19 template <class _RandomAccessIterator, class _Distance>
20 inline void __advance(_RandomAccessIterator& __i, _Distance __n, 
21                       random_access_iterator_tag) {
22   __STL_REQUIRES(_RandomAccessIterator, _RandomAccessIterator);
23   __i += __n;
24 }
25 
26 //advance方法的对外接口
27 template <class _InputIterator, class _Distance>
28 inline void advance(_InputIterator& __i, _Distance __n) {
29   __STL_REQUIRES(_InputIterator, _InputIterator);
30   __advance(__i, __n, iterator_category(__i));
31 }

SGI STL中迭代器之外的 __type_traits

STL只对迭代器进行了traits规范，制定类iterator_traits。SGI 把这种规范扩大到类迭代器之外，也就是__type_traits（__前缀表示是SGI 内部使用的，不在STL规范内）。

iterator_traits负责萃取iterator特性，而__type_traits则负责萃取一下五种型别（type）特性：

　　has_trivial_default_constructor　　是否有平凡的默认构造函数

　　has_trivial_copy_constructor　　是否有平凡的拷贝构造函数

　　has_trivial_assignment_operator　　是否有平凡的分配操作

　　has_trivial_destructor　　是否有平凡的析构函数

　　is_POD_type　　是否为POD类型（POD：Plain Old Data）

如果class内含指针成员，并对它进行内存动态分配，那么这个class就需要实现自己的 non-trivial-xxx。

上述特性应该响应我们“真”或“假”，但却不能是bool值，因为我们要利用其响应来进行参数推导，而编译器只有面对class object形式的参数时才能进行参数推导，因此响应应该是带有“真”“假”性质的不同类。SGI STL中如下定义：

1 struct __true_type {
2 };
3 
4 struct __false_type {
5 };

 1 template <class _Tp>
 2 struct __type_traits { 
 3    typedef __true_type     this_dummy_member_must_be_first;
 4                    /* Do not remove this member. It informs a compiler which
 5                       automatically specializes __type_traits that this
 6                       __type_traits template is special. It just makes sure that
 7                       things work if an implementation is using a template
 8                       called __type_traits for something unrelated. */
 9 
10    /* The following restrictions should be observed for the sake of
11       compilers which automatically produce type specific specializations 
12       of this class:
13           - You may reorder the members below if you wish
14           - You may remove any of the members below if you wish
15           - You must not rename members without making the corresponding
16             name change in the compiler
17           - Members you add will be treated like regular members unless
18             you add the appropriate support in the compiler. */
19  
20 
21    typedef __false_type    has_trivial_default_constructor;
22    typedef __false_type    has_trivial_copy_constructor;
23    typedef __false_type    has_trivial_assignment_operator;
24    typedef __false_type    has_trivial_destructor;
25    typedef __false_type    is_POD_type;
26 };

为保守起见都定义为__false_type

在SGI STL的Type_traits.h中对C++ 内建的bool/char/signed char/unsigned char等标记为__true_type。

为什么要引入__type_triats？

答案还是提高效率

对于标记为__true_type的型别，对其对象进行构造/析构/拷贝/赋值等操作时就可以采用最有效率的措施。（如：不必调用高层次的constructor/destructor,而采用内存直接处理操作malloc()/memcpy()等）

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