traits：Traits技术学习笔记

traits：Traits技术初探

概述:

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.看到这里你可能会想,太苛刻了吧?其实不然,不支持某种特性本身也是一种支持的方式(见示例2,我们定义了两种标示,__xtrue_type和__xfalse_type,分别表示对某特性支持和不支持).

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.

借助以上几种简单技术,我们可以利用traits提取类中定义的特性,并根据不同的特性提供不同的实现.你可以将从特性的定义到萃取,再到traits的实际使用统称为traits技术,但这种定义使得traits显得过于复杂,我更愿意将traits的定义限于特性萃取,因为这种定义使得traits显得更简单,更易于理解,^_^.

举例:

上面提到过,traits可被用于针对不同类型提供不同的实现,那么下面就举两个例子来说明如何实现这一点.

Example 1:

假定我们需要为某个类设计一个可以对所有类型(包括普通的int/long...,提供了clone方法的复杂类型CComplexObject,及由该类派生的类)进行操作的函数clone,下面,先用OO的方法来考虑一下解决方案.看到前面的条件,最先跳进你脑子里的肯定是Interface,pure virtual function等等.对于我们自己设计的类CComplexObject而言,这不是问题,但是,对于基本数据类型呢?还有那些没有提供clone方法的复杂类型呢?(这时候你可能会想,要是Java该多easy,所有类都默认从Object派生,而Object已提供了一个默认的clone方法,但是,要使类真正支持clone,还必须implements
Cloneable,所以,同样也不能避免这里遇到的麻烦).

下面是一个可能的解决方案:

template <typename T, bool isClonable>
class XContainer
{
...
void clone(T* pObj)
{
if (isClonable)
{
pObj->clone();
}
else
{
//... non-Clonable algorithm ...
}
}
};

但是只要你测试一下,这段代码不能通过编译.为什么会这样呢?原因很简单:对于没有实现clone方法的非Clonable类或基本类型,pObj->clone这一句是非法的.

那么怎样解决上面的这个难题呢?上面不能通过编译的代码告诉我们,要使我们的代码通过编译,就不能使非Clonable类或基本类型的代码中出现pObj->clone,即我们需要针对不同类型提供不同的实现.为了实现这一点,我们可以在我们的模板类中用enum定义一个trait,以标示类是否为Clonable类,然后在原模板类内部引入一个traits提取类Traits,通过对该类进行specilizing,以根据不同的trait提供不同的实现.具体实现如下:

#include <iostream>
using namespace std;

class CComplexObject // a demo class
{
public:
void clone() { cout << "in clone" << endl; }
};

// Solving the problem of choosing method to call by inner traits class
template <typename T, bool isClonable>
class XContainer
{
public:
enum {Clonable = isClonable};

void clone(T* pObj)
{
Traits<isClonable>().clone(pObj);
}

template <bool flag>
class Traits
{
};

template <>
class Traits<true>
{
public:
void clone(T* pObj)
{
cout << "before cloning Clonable type" << endl;
pObj->clone();
cout << "after cloning Clonable type" << endl;
}
};

template <>
class Traits<false>
{
public:
void clone(T* pObj)
{
cout << "cloning non Clonable type" << endl;
}
};
};

void main()
{
int* p1 = 0;
CComplexObject* p2 = 0;

XContainer<int, false> n1;
XContainer<CComplexObject, true> n2;

n1.clone(p1);
n2.clone(p2);
}

编译运行一下,上面的程序输出如下的结果:

doing something non Clonable

before doing something Clonable

in clone

after doing something Clonable

这说明,我们成功地根据传入的isClonable模板参数为模板实例选择了不同的操作,在保证接口相同的情况下,为不同类型提供了不同的实现.

Example 2:

我们再对上面的例子进行一些限制,假设我们的clone操作只涉及基本类型和CComplexObject及其派生类,那么我们可以进一步给出下面的解法:

#include <iostream>
using namespace std;

struct __xtrue_type { }; // define two mark-type
struct __xfalse_type { };

class CComplexObject // a demo class
{
public:
virtual void clone() { cout << "in clone" << endl; }
};

class CDerivedComplexObject : public CComplexObject // a demo derived class
{
public:
virtual void clone() { cout << "in derived clone" << endl; }
};

// A general edtion of Traits
template <typename T>
struct Traits
{
typedef __xfalse_type has_clone_method; // trait 1: has clone method or not? All types defaultly has no clone method.
};

// Specialized edtion for ComplexObject
template <>
struct Traits<CComplexObject>
{
typedef __xtrue_type has_clone_method;
};

template <typename T>
class XContainer
{
template <typename flag>
class Impl
{
};
template <>
class Impl <__xtrue_type>
{
public:
void clone(T* pObj)
{
pObj->clone();
}
};
template <>
class Impl <__xfalse_type>
{
public:
void clone(T* pObj)
{
}
};
public:
void clone(T* pObj)
{
Impl<Traits<T>::has_clone_method>().clone(pObj);
}
};

void main()
{
int* p1 = 0;
CComplexObject c2;
CComplexObject* p2 = &c2;
CDerivedComplexObject c3;
CComplexObject* p3 = &c3; // you must point to a derived object by a base-class pointer,
//it's a little problem

XContainer<int> n1;
XContainer<CComplexObject> n2;
XContainer<CComplexObject> n3;

n1.clone(p1);
n2.clone(p2);
n3.clone(p3);
}

现在,所有基本类型以及CComplexObject类系都可以用于XContainer了.

结语:

看到这里,你或许会说,traits不过如此,还以为是什么高深的玩意呢!其实技术就是这样,说白了都很Easy,关键是怎么将他们用于实际,为实际的Designing/Development服务.毕竟,在IT领域,不能应用于实际的技术是没有价值的.

参考链接：http://www.cppblog.com/woaidongmao/archive/2008/11/09/66387.html

今天看"modern c++ design"的时候发现自己竟然又把以前好不容易弄懂的Traits技术给忘记了，真是...又重新学习了一下，赶紧记下来。

Traits技术可以用来获得一个 类型 的相关信息的。 首先假如有以下一个泛型的迭代器类，其中类型参数 T 为迭代器所指向的类型：

template <typename T>
class myIterator
{
...
};

当我们使用myIterator时，怎样才能获知它所指向的元素的类型呢？我们可以为这个类加入一个内嵌类型，像这样：

template <typename T>
class myIterator
{
typedef T value_type;
...
};

这样当我们使用myIterator类型时，可以通过 myIterator::value_type来获得相应的myIterator所指向的类型。

现在我们来设计一个算法，使用这个信息。

template <typename T>
typename myIterator<T>::value_type Foo(myIterator<T> i)
{
...
}

这里我们定义了一个函数Foo，它的返回为为 参数i 所指向的类型，也就是T，那么我们为什么还要兴师动众的使用那个value_type呢？ 那是因为，当我们希望修改Foo函数，使它能够适应所有类型的迭代器时，我们可以这样写：

template <typename I> //这里的I可以是任意类型的迭代器
typename I::value_type Foo(I i)
{
...
}

现在，任意定义了 value_type内嵌类型的迭代器都可以做为Foo的参数了，并且Foo的返回值的类型将与相应迭代器所指的元素的类型一致。至此一切问题似乎都已解决，我们并没有使用任何特殊的技术。然而当考虑到以下情况时，新的问题便显现出来了：

原生指针也完全可以做为迭代器来使用，然而我们显然没有办法为原生指针添加一个value_type的内嵌类型，如此一来我们的Foo()函数就不能适用原生指针了，这不能不说是一大缺憾。那么有什么办法可以解决这个问题呢？ 此时便是我们的主角：类型信息榨取机 Traits 登场的时候了

....drum roll......

我们可以不直接使用myIterator的value_type，而是通过另一个类来把这个信息提取出来：

template <typename T>
class Traits
{
typedef typename T::value_type value_type;
};

这样，我们可以通过 Traits<myIterator>::value_type 来获得myIterator的value_type，于是我们把Foo函数改写成：

template <typename I> //这里的I可以是任意类型的迭代器
typename Traits<I>::value_type Foo(I i)
{
...
}

然而，即使这样，那个原生指针的问题仍然没有解决，因为Trait类一样没办法获得原生指针的相关信息。于是我们祭出C++的又一件利器--偏特化(partial specialization)：

template <typename T>
class Traits<T*> //注意 这里针对原生指针进行了偏特化
{
typedef typename T value_type;
};

通过上面这个 Traits的偏特化版本，我们陈述了这样一个事实：一个 T* 类型的指针所指向的元素的类型为 T。

如此一来，我们的 Foo函数就完全可以适用于原生指针了。比如：

int * p;

....

int i = Foo(p);

Traits会自动推导出 p 所指元素的类型为 int，从而Foo正确返回。

traits相关总结：

1.typedef 可以在class或者struct中定义

template<T>
class CXX
{
typedef T value_type;
};

同样，template可以嵌入template！

2.见到template<>多半是在模板特化。特化分全特化、偏特化等。熟记这点，否则有些地方看不懂。

3.template其实就是扩展编译器，让代码自动生成。其功能等同于#define之类。说白了，c++的这些东西就是让你的代码可以重用，减少日后不必要的编程量。

4.traits就目前我们能用到的东西而言，就是它能统一接口，让你的template可以兼容基本类型。

5.一个实例设想：

像WINAPI经常提供诸如XxA和XxW，要跟据使用的ASCII码还是UNICODE码来决定调用。那么可以利用template配合traits来实现——只用template估计不行，ASCII跟UNICODE在有些地方可能是不同的，这些地方就要traits上阵了。

引用几篇文章：

《C++ Traits》http://www.cnblogs.com/hush/archive/2004/03/10/2717.html

《type traits 之”本质论”》http://blog.csdn.net/sanlongcai/archive/2007/09/15/1786647.aspx

《traits：Traits技术初探》http://www.cppblog.com/woaidongmao/archive/2008/11/09/66387.html（这篇讲得真的很好！）