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C++ traits编程方法

2015-09-26 16:19 302 查看
侯捷老师在《STL 源码剖析》说:traits编程方法是一把开启STL源代码大门的钥匙,其重要性也就不必再说了。既然traits编程方法如此重要,那么掌握并领悟其精髓是相当必要了。

    trait的意思是什么?英文意思是attribute,feature等等,中文意思可以解释为特点, 特性。那么type trait就是类型的特性。那什么是类型?类型的特性又有哪些呢?类型也即是用户自定义的类型或是语言提供的一些基本类型。每个类型都具有相关的特性,这些特性可能包括:是否有相应的构造方法和析构方法、这一类型引申出来相应的指针类型和引用类型(比如iterator_traits中的成员)等等。其实一个类型所具有的特性是多得数也数不清的,只能从实践(编程)的需要去看这个类型具有什么样的特性。如STL中的destroy需根据类型是否具备有关痛痒的析构方法来决定具体操作。是否具备有关痛痒的析构方法就是类型的一个特性,在编程实践中的特性。自定义的类型可能就具备有关痛痒的析构方法,而语言提供的一些基本类型就没有。

    traits技巧对类型做了什么?有什么作用?类型和类型的特性本是耦合在一起,通过traits技巧就可以将两者解耦。从某种意思上说traits方法也是对类型的特性做了泛化的工作,通过traits提供的类型特性是泛化的类型特性。从算法使用traits角度看,使用某一泛型类型的算法不必关注具体的类型特性(关注的是泛化的类型特性,即通过traits提供的类型特性)就可以做出正确的算法过程操作;从可扩展角度看,增加或修改新的类型不影响其它的代码,但如果是在type_traits类中增加或修改类型特性对其它代码有极大的影响;从效率方法看,使用type_traits的算法多态性选择是在编译时决定的,比起在运行时决定效率更好。

    在实际代码中所有的具体的类型特性没有基类,但概念上是存在的。如果我们再把通过参数多态性的算法也看成有基类情况的假想,就有下图所示的关系:
  

从图中可看出算法destroy不必关心具体的类型特性traits,client不用关心具体的destroy。destroy概念上存在的基类是通过参数多态实现的,traits概念上存在的基类是通过type_traits编程方法实现的。

    另外得注意的是STL中的iterator相关type_traits的使用跟这里所说的有点不同,如果把类型特性从类中剥离出来看待,那就完全相同了。如何剥离,分析代码时遇到type_traits相关的含有类型特性的类只看成是类型特性,跟类型特性无关的全都忽略掉。

    另附相关测试代码:

// my_type_traits.h开始

#ifndef MY_TYPE_TRAITS_H

#define MY_TYPE_TRAITS_H

 

struct my_true_type {

};

 

struct my_false_type {

};

 

template <class T>

struct my_type_traits

{

    typedef my_false_type has_trivial_destructor;

};

 

template<> struct my_type_traits<int>

{

    typedef my_true_type has_trivial_destructor;

};

 

#endif

// my_type_traits.h结束

 

// my_destruct.h开始

#ifndef MY_DESTRUCT_H

#define MY_DESTRUCT_H

#include <iostream>

 

#include "my_type_traits.h"

 

using std::cout;

using std::endl;

 

template <class T1, class T2>

inline void myconstruct(T1 *p, const T2& value)

{

    new (p) T1(value);

}

 

template <class T>

inline void mydestroy(T *p)

{

    typedef typename my_type_traits<T>::has_trivial_destructor trivial_destructor;

    _mydestroy(p, trivial_destructor());

}

 

template <class T>

inline void _mydestroy(T *p,my_true_type) 

{

    cout << " do the trivial destructor " << endl;

}

 

template <class T>

inline void _mydestroy(T *p, my_false_type)

{

    cout << " do the real destructor " << endl;

    p->~T();

}

 

#endif

// my_destruct.h结束

 

// test_type_traits.cpp开始

#include <iostream>

#include "my_destruct.h"

 

using std::cout;

using std::endl;

 

class TestClass

{

public:

    TestClass()

    {

        cout << "TestClass constructor call" << endl;

        data = new int(3);

    }

    TestClass(const TestClass& test_class)

    {

        cout << "TestClass copy constructor call. copy data:" 

            << *(test_class.data) << endl;

        data = new int;

        *data = *(test_class.data) * 2;

    }

    ~TestClass()

    {

        cout << "TestClass destructor call. delete the data:" << *data << endl;

        delete data;

    }

private:

    int *data;

};

 

int main(void)

{

    {

        TestClass *test_class_buf;

        TestClass test_class;

 

        test_class_buf = (TestClass *)malloc(sizeof(TestClass));

        myconstruct(test_class_buf, test_class);

        mydestroy(test_class_buf);

        free(test_class_buf);

    }

 

    {

        int *int_p;

        int_p = new int;
: 9pt">        mydestroy(int_p);

        free(int_p);

    }

}

// test_type_traits.cpp结束

文章出处:http://www.diybl.com/course/3_program/c++/cppjs/2007918/71936_3.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
4000
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。

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。
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标签:  stl 内存分配