STL源码-iterator traits编程技法(续)

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">// Filename:    type_traits.h

// Comment By:  凝霜
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 */

#ifndef __TYPE_TRAITS_H
#define __TYPE_TRAITS_H

#ifndef __STL_CONFIG_H
#include <stl_config.h>
#endif

// 这个头文件提供了一个框架, 允许编译器在编译期根据类型属性派发函数的机制
// 这个框架对于编写模板代码非常有用
// 例如, 当我们需要拷贝一个未知类型的array, 它能帮助我们得知这个未知类型
// 是否具有一个trivial copy constructor, 以帮助我们决定memcpy()是否能使用

// __type_traits模板类提供了一些列的typedefs, 其值是__true_type或者__false_type
// __type_traits模板类可以接受任何类型的参数
// 模板类中的typedefs可以通过以下手段获取其正确值
//   1. general instantiation, 对于所有类型都要有保守值
//   2. 经过特化的版本
//   3. 一些编译器(例如Silicon Graphics N32 and N64 compilers)
//      会自动给所有类型提供合适的特化版本
//
// 例子:
// Copy an array of elements which have non-trivial copy constructors
// template <class T> void copy(T* source,T* destination,int n,__false_type);
// Copy an array of elements which have trivial copy constructors. Use memcpy.
// template <class T> void copy(T* source,T* destination,int n,__true_type);
//
// Copy an array of any type by using the most efficient copy mechanism
// template <class T> inline void copy(T* source,T* destination,int n)
// {
//      copy(source,destination,n,
//              typename __type_traits<T>::has_trivial_copy_constructor());
// }

struct __true_type
{
};

struct __false_type
{
};

template <class type>
struct __type_traits
{
    // 不要移除这个成员
    // 它通知能自动特化__type_traits的编译器, 现在这个__type_traits template是特化的
    // 这是为了确保万一编译器使用了__type_traits而与此处无任何关联的模板时
    // 一切也能顺利运作
   typedef __true_type     this_dummy_member_must_be_first;

   // 以下条款应当被遵守, 因为编译器有可能自动生成类型的特化版本
   //   - 你可以重新安排的成员次序
   //   - 你可以移除你想移除的成员
   //   - 一定不可以修改下列成员名称, 却没有修改编译器中的相应名称
   //   - 新加入的成员被当作一般成员, 除非编译器提供特殊支持

   typedef __false_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __false_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __false_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __false_type    has_trivial_destructor;
   typedef __false_type    is_POD_type;
};

// 以下针对C++内置的基本数据类型提供特化版本, 使其具有trivial default constructor,
// copy constructor, assignment operator, destructor
// 并标记其为POD类型
//
// 特化类型:
//         char, signed char, unsigned char,
//         short, unsigned short
//         int, unsigned int
//         long, unsigned long
//         float, double, long double

// Provide some specializations.  This is harmless for compilers that
//  have built-in __types_traits support, and essential for compilers
//  that don't.

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<char>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<signed char>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<unsigned char>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<short>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<unsigned short>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<int>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<unsigned int>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<long>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<unsigned long>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<float>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<double>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<long double>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

#ifdef __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION

// 针对指针提供特化
template <class T>
struct __type_traits<T*>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

#else /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */

// 针对char *, signed char *, unsigned char *提供特化

struct __type_traits<char*>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

struct __type_traits<signed char*>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

struct __type_traits<unsigned char*>
{
   typedef __true_type    has_trivial_default_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_copy_constructor;
   typedef __true_type    has_trivial_assignment_operator;
   typedef __true_type    has_trivial_destructor;
   typedef __true_type    is_POD_type;
};

#endif /* __STL_CLASS_PARTIAL_SPECIALIZATION */

#endif /* __TYPE_TRAITS_H */

// Local Variables:
// mode:C++
// End:
</span>

上面大概讲的是types_trait其实对这方面我现在还不是理解得很好，在之后的理解中再回来补充吧

下面是我看见的一个理解trait比较好的例子

下面有一个模板函数，假设一个动物收容组织提供了它，他们接受所有无家可归的可怜的小动物，于是他们向外界提供了一个函数接受注册。函数看起来像这样：

template<class T> //T表示接受的是何种动物
void AcceptAnimals(T animal)
{
    ...  //do something
};

但是，如果他们想将猫和狗分开处理(毕竟饲养一只猫和饲养一只狗并不相同。他们可能会为狗买一根链子，而温顺的猫则可能不需要)。一个可行的方法是分别提供两个函数：AcceptDog和AcceptCat，然而这种解决办法并不优雅(想想看，注册者可能既有一只猫又有一只狗，这样他不得不调用不同的函数来注册，而且，如果种类还在增多呢，那样会导致向外提供的接口的增多，注册者因此而不得不记住那些烦琐的名字，而这显然没有只需记住AccpetAnimal这一个名字简单)。如果想保持这个模板函数，并将它作为向外界提供的唯一接口，则我们需要某种方式来获取型别T的特征(trait)，并按照不同的特征来采用不同的策略。这里我们有第二个解决办法：

约定所有的动物类(如class Cat,class Dog)都必须在内部typedef一个表明自己身份的型别，作为标识的型别如下：

struct cat_tag{}; //这只是个空类，目的是激发函数重载，后面会解释
struct dog_tag{}; //同上

于是，所有狗类都必须像这样：

class Dog
{
  public:
     typedef  dog_tag  type; //型别(身份)标志，表示这是狗类，如果是猫类则为typedef cat_tag type;
  ...
}

然后，动物收容组织可以在内部提供对猫狗分开处理的函数，像这样：

template<class T>
void Accept(T dog,dog_tag) //第二个参数为无名参数，只是为了激发函数重载
{...}
template<class T>
void Accpet(T cat,cat_tag) //同上
{...}
//于是先前的Accept函数可以改写如下：
template<class T>
void Accept(T animal)  //这是向外界提供的唯一接口
{
1   Accept(animal,typename T::type()); //如果T为狗类，则typename T::type就是dog_tag，那么
                                //typename T::type()就是创建了一个dog_tag类的临时对象，
                                //根据函数重载的规则，这将调用Accept(T,dog_tag)的版本，
                                //这正是转向处理狗的策略
                                //如果T为猫类，则typename T::type为cat_tag，由上面的推导，
                                //这将调用Accept(T,cat_tag)的版本，转向处理猫的策略
}                               //typename 关键字告诉编译器T::type是个型别而不是静态成员

所有型别推导，函数重载，都在编译期完成，你几乎不用耗费任何运行期成本(除了创建dog_tag,cat_tag临时对象的成本，然而经过编译器的优化，这种成本可能也会消失)就拥有了可读性和可维护性高的代码。“但是，等等！”你说：“traits在哪？”，typename T::type其实就是traits，只不过少了一层封装而已，如果像这样作一些改进：

template<typename T>
  struct AnimalTraits
  {
     typedef T::type type;
  };
//于是1处的代码可以写成Accept(animal,typename AnimalTraits<T>::type());

效率

通常为了提高效率，为某种情况采取特殊的措施是必要的，例如STL里面的copy，原型像这样：

template<typename IterIn,typename IterOut>

IterOut copy(IterIn first,IterIn last,IterOut dest){//将[first,last)区间内的元素拷贝到以dest开始的地方

return copy_opt(first,last,dest,ptr_category(first,dest)); //ptr_category用来萃取出迭代器的类别以进行

//适当程度的优化

}

copy_opt有两个版本，其中一个是针对如基本型别的数组作优化的，如果拷贝发生在char数组间，那么根本用不着挨个元素赋值，基于数组在内存中分布的连续性，可以用速度极快的memmove函数来完成。ptr_category有很多重载版本，对可以使用memmove的情况返回一个空类如scalar_ptr的对象以激发函数重载。其原始版本则返回空类non_scalar_ptr的对象。copy_opt的两个版本于是像这样：

template<typename IterIn,typename IterOut>

IterOut copy(IterIn first,IterIn last,IterOut dest,scalar_ptr){ ...} //使用 memmove

template<typename IterIn,typename IterOut>

IterOut copy(IterIn first,IterIn last,IterOut dest,non_scalar_ptr){ ...} //按部就班的逐个拷贝

其实通常为了提高效率，还是需要分派。