模板:什么是Traits
Traits不是一种语法特性,而是一种模板编程技巧。Traits在C++标准库,尤其是STL中,有着不可替代的作用。
如何在编译期间区分类型
下面我们看一个实例,有四个类,Farm、Worker、Teacher和Doctor,我们需要区分他们是脑力劳动者还是体力劳动者。以便于做出不同的行动。
这里的问题在于,我们需要为两种类型提供一个统一的接口,但是对于不同的类型,必须做出不同的实现。
我们不希望写两个函数,然后让用户去区分。
于是我们借助了函数重载,在每个类的内部内置一个work_type,然后根据每个类的word_type,借助强大的函数重载机制,实现了编译期的类型区分,也就是编译期多态。
代码如下:
#include <iostream>
using namespace std; //两个标签类
struct brain_worker {}; //脑力劳动
struct physical_worker {}; //体力劳动 class Worker
{
public:
typedef physical_worker worker_type;
}; class Farmer
{
public:
typedef physical_worker worker_type;
}; class Teacher
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
}; class Doctor
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
}; template <typename T>
void __distinction(const T &t, brain_worker)
{
cout << "脑力劳动者" << endl;
} template <typename T>
void __distinction(const T &t, physical_worker)
{
cout << "体力劳动者" << endl;
} template <typename T>
void distinction(const T &t)
{
typename T::worker_type _type; //为了实现重载
__distinction(t, _type);
} int main(int argc, char const *argv[])
{
Worker w;
distinction(w);
Farmer f;
distinction(f);
Teacher t;
distinction(t);
Doctor d;
distinction(d);
return 0;
}
在distinction函数中,我们先从类型中提取出worker_type,然后根据它的类型,选取不同的实现。
问题来了,如果不在类中内置worker_type,或者有的类已经写好了,无法更改了,那么怎么办?
使用Traits
我们的解决方案是,借助一种叫做traits的技巧。
我们写一个模板类,但是不提供任何实现:
//类型traits
template <typename T>
class TypeTraits;
然后我们为每个类型提供一个模板特化:
//为每个类型提供一个特化版本
template <>
class TypeTraits<Worker>
{
public:
typedef physical_worker worker_type;
}; template <>
class TypeTraits<Farmer>
{
public:
typedef physical_worker worker_type;
}; template <>
class TypeTraits<Teacher>
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
}; template <>
class TypeTraits<Doctor>
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
};
然后在distinction函数中,不再是直接寻找内置类型,而是通过traits抽取出来。
template <typename T>
void distinction(const T &t)
{
//typename T::worker_type _type;
typename TypeTraits<T>::worker_type _type;
__distinction(t, _type);
}
上面两种方式的本质区别在于,第一种是在class的内部内置type,第二种则是在类的外部,使用模板特化,class本身对于type并不知情。
两种方式结合
上面我们实现了目的,类中没有work_type时,也可以正常运行,但是模板特化相对于内置类型,还是麻烦了一些。
于是,我们仍然使用内置类型,也仍然使用traits抽取work_type,方法就是为TypeTraits提供一个默认实现,默认去使用内置类型,把二者结合起来。
这样我们去使用TypeTraits<T>::worker_type时,有内置类型的就使用默认实现,无内置类型的就需要提供特化版本。
class Worker
{
public:
typedef physical_worker worker_type;
}; class Farmer
{
public:
typedef physical_worker worker_type;
}; class Teacher
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
}; class Doctor
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
}; //类型traits
template <typename T>
class TypeTraits
{
public:
typedef typename T::worker_type worker_type;
};
OK,我们现在想添加一个新的class,于是我们有两种选择,
一是在class的内部内置work_type,通过traits的默认实现去抽取type。
一种是不内置work_type,而是通过模板的特化,提供work_type。
例如:
class Staff
{
}; template <>
class TypeTraits<Staff>
{
public:
typedef brain_worker worker_type;
};
测试仍然正常:
Staff s;
distinction(s);
进一步简化
这里我们考虑的是内置的情形。对于那些要内置type的类,如果type个数过多,程序编写就容易出现问题,我们考虑使用继承,先定义一个base类:
template <typename T>
struct type_base
{
typedef T worker_type;
};
所有的类型,通过public继承这个类即可:
class Worker : public type_base<physical_worker>
{
}; class Farmer : public type_base<physical_worker>
{
}; class Teacher : public type_base<brain_worker>
{
}; class Doctor : public type_base<brain_worker>
{
};
看到这里,我们应该明白,traits相对于简单内置类型的做法,强大之处在于:如果一个类型无法内置type,那么就可以借助函数特化,从而借助于traits。而内置类型仅仅使用于class类型。
以STL中的迭代器为例,很多情况下我们需要辨别迭代器的类型,
例如distance函数计算两个迭代器的距离,有的迭代器具有随机访问能力,如vector,有的则不能,如list,我们计算两个迭代器的距离,就需要先判断迭代器能否相减,因为只有具备随机访问能力的迭代器才具有这个能力。
我们可以使用内置类型来解决。
可是,许多迭代器是使用指针实现的,指针不是class,无法内置类型,于是,STL采用了traits来辨别迭代器的类型。
最后,我们应该认识到,traits的基石是模板特化。
下篇文章,我们使用traits,来辨别一个类型是否是pod类型。
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