STL中的Traits编程技巧

《STL源码剖析》一书中提到Traits编程技法，它的作用是获取型别(associated type)的特性。这样讲比较抽象，到底什么是相应型别，或者到底什么时候需要用到Traits编程技法呢？先来看一个例子。

iterator_traits

假设有这么一个函数，接受一个iterator，返回这个iterator所指代的类型，其实这个函数就是实现了typeof()，但是c++里面并没有typeof()操作符。

vector<int> iv = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int>::Iterator it1 = iv.begin(), it2 = iv.end();

template<class iterator>
// ret-type
fun(iterator it)
{
// 函数体
}

那么函数的返回类型的该怎么写呢？再往下看，如果这个Iterator由我们自己来实现（事实上stl的Iterator的实现和这个十分类似）

template<class T>
struct MyIter // 为了方便访问成员，用struct
{
typedef T value_type; // 内嵌声明(nested type)
T* ptr;
MyIter (T* p = 0):ptr(p){}
T& operator*() const { return *ptr; }
//...
};

template <class I>
typename I::value_type // 函数返回类型
func(I ite)
{
return *ite;
}

这里要注意一点，返回类型必须加上关键词

typename

，编译器并不知道

MyIter<I>::value_type

代表的是一个型别或是一个

member function

或是一个

data member

。关键词

typename

的用意在于告诉编译器这是一个型别，如此才能顺利通过。这样我们就可以通过func函数获取迭代器所指代的类型了。

但是这样还是有一个问题，并不是所有迭代器都是class type的。比如原生的指针就不是，这样就没有办法为它定义内嵌型别了。现在就轮到traits编程技法发挥作用的时候了：

template <class I>
struct iterator_traits
{
typedef typename I::value_type value_type; // 此处的typename和上文同理，不再赘述。
}
// func可以这么写
template <class I>
typename iterator_traits<I>::value_type
func(I ite)
{
return *ite;
}

现在我们可以利用模板的template partial specialization(偏特化)定义一个偏特化版的iterator_traits专门用于萃取原生指针的型别。

template <class T>
struct iterator_traits<T*>
{
typedef T value_type;
}

同理，对于指向常量的指针，我们也可以专门偏特化一个版本来萃取它的型别。

template <class T>
struct iterator_traits<const T*>
{
typedef T value_type;
}

__type_traits

这里再提一点题外话，《STL源码剖析》提到，stl只对迭代器加以规范，制定出iterator_traits这样的东西，SGI则把这种技法扩大到了迭代器以外，定义了__type_traits。双底线前缀值这是SGI STL内部特有的，不在STL的标准规划之中。

如果说iterator_traits负责萃取迭代器的特性，那么__type_traits则负责萃取型别的特性。这里所关注的型别特性有一下5个：

has_trivial_default_constructor
has_trivial_copy_constructor
has_trivial_assignment_operator
has_trivial_destructor
is_POD_type
有了这些型别特性，我们在对这个型别进行构造、析构、拷贝、赋值等操作时，就可宜采用最有效率的措施。比如对于has_trivial_copy_constructor，那么我只直接通过内存拷贝来实现对象拷贝以提高效率。

参照iterator_traits的经验，我们希望通过下面这样的方法来获取使用__type_traits
：

__type_traits<T>::has_trivial_default_constructor
__type_traits<T>::has_trivial_copy_constructor
__type_traits<T>::has_trivial_assignment_operator
__type_traits<T>::has_trivial_destructor
__type_traits<T>::is_POD_type

我们希望上式能够返回给我们一个对象的型别，而不是单纯的bool类型，这样编译器可以通过这个对象的型别来进行参数推导。为此，上述式子应该传回

struct __true_type {};
struct __false_type {};

这是两个空白classes，没有任何成员，我们知道编译器在进行参数推导的时候，并不会真的去生成一个对象，因此，这么做是不会带来额外负担的，却又能够标示真假。

下面就是SGI的

__type_traits

实现：

template <class type>
struct __type_traits
{
typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first;

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;
}

// 下面是<yupe_traits.h>对C++标量型定义的__type_traits的特化版的一个举例。
// __STL_TEMPLATE_NULL 定义为 template<>
__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;
}

如果自己实现一个类，需要告诉STL这个类的特性，那么为这个类也特化一个模板就可以了。