STL Traits编程技法

traits编程技法大量运用于STL实现中。通过它在一定程度上弥补了C++不是强型别语言的遗憾，增强了C++关于型别认证方面的能力。

traits编程技法是利用“内嵌型别”的编程技法和编译器的template参数推导功能实现的。

iterator_traits

1.对于class type要求其“内嵌型别”

    要求与STL兼容的容器，其迭代器必须定义一下五种型别：

   iterator_category　　迭代器类型

   value_type　　迭代器所指对象类型

   difference_type　　迭代器间的距离类型

   pointer

   reference

2.对于非class type（如：原生指针）需要使用template partial specialization（偏特化）

//class type的“内嵌型别”
template <class _Iterator>
struct iterator_traits {
  typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category;
  typedef typename _Iterator::value_type        value_type;
  typedef typename _Iterator::difference_type   difference_type;
  typedef typename _Iterator::pointer           pointer;
  typedef typename _Iterator::reference         reference;
};

//对原生指针的偏特化
template <class _Tp>
struct iterator_traits<_Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef _Tp*                        pointer;
  typedef _Tp&                        reference;
};

//对const指针的偏特化
template <class _Tp>
struct iterator_traits<const _Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef const _Tp*                  pointer;
  typedef const _Tp&                  reference;
};

iterator中为什么要引入traits机制？

提高效率

对效率的至极追求贯穿整个STL设计，traits机制的引入是为了实现 同一方法用于不同类型时调用对该类型最高效的版本 以提高效率。

例如 advance（）：

//用于input_iterator的版本
template <class _InputIter, class _Distance>
inline void __advance(_InputIter& __i, _Distance __n, input_iterator_tag) {
  while (__n--) ++__i;
}

//用于 bidirectional_iterator的版本
template <class _BidirectionalIterator, class _Distance>
inline void __advance(_BidirectionalIterator& __i, _Distance __n, 
                      bidirectional_iterator_tag) {
  __STL_REQUIRES(_BidirectionalIterator, _BidirectionalIterator);
  if (__n >= 0)
    while (__n--) ++__i;
  else
    while (__n++) --__i;
}

//用于 random_access_iterator的版本
template <class _RandomAccessIterator, class _Distance>
inline void __advance(_RandomAccessIterator& __i, _Distance __n, 
                      random_access_iterator_tag) {
  __STL_REQUIRES(_RandomAccessIterator, _RandomAccessIterator);
  __i += __n;
}

//advance方法的对外接口
template <class _InputIterator, class _Distance>
inline void advance(_InputIterator& __i, _Distance __n) {
  __STL_REQUIRES(_InputIterator, _InputIterator);
  __advance(__i, __n, iterator_category(__i));
}

SGI STL中迭代器之外的 __type_traits

STL只对迭代器进行了traits规范，制定类iterator_traits。SGI 把这种规范扩大到类迭代器之外，也就是__type_traits（__前缀表示是SGI 内部使用的，不在STL规范内）。

iterator_traits负责萃取iterator特性，而__type_traits则负责萃取一下五种型别（type）特性：

　　has_trivial_default_constructor　　是否有平凡的默认构造函数

　　has_trivial_copy_constructor　　是否有平凡的拷贝构造函数

　　has_trivial_assignment_operator　　是否有平凡的分配操作

　　has_trivial_destructor　　是否有平凡的析构函数

　　is_POD_type　　是否为POD类型（POD：Plain Old Data）

如果class内含指针成员，并对它进行内存动态分配，那么这个class就需要实现自己的 non-trivial-xxx。

上述特性应该响应我们“真”或“假”，但却不能是bool值，因为我们要利用其响应来进行参数推导，而编译器只有面对class object形式的参数时才能进行参数推导，因此响应应该是带有“真”“假”性质的不同类。SGI STL中如下定义：

1 struct __true_type {
2 };
3 
4 struct __false_type {
5 };

template <class _Tp>
struct __type_traits { 
   typedef __true_type     this_dummy_member_must_be_first;
                   /* Do not remove this member. It informs a compiler which
                      automatically specializes __type_traits that this
                      __type_traits template is special. It just makes sure that
                      things work if an implementation is using a template
                      called __type_traits for something unrelated. */

   /* The following restrictions should be observed for the sake of
      compilers which automatically produce type specific specializations 
      of this class:
          - You may reorder the members below if you wish
          - You may remove any of the members below if you wish
          - You must not rename members without making the corresponding
            name change in the compiler
          - Members you add will be treated like regular members unless
            you add the appropriate support in the compiler. */
 

   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;
};

为保守起见都定义为__false_type

在SGI STL的Type_traits.h中对C++ 内建的bool/char/signed char/unsigned char等标记为__true_type。

为什么要引入__type_triats？

答案还是提高效率

对于标记为__true_type的型别，对其对象进行构造/析构/拷贝/赋值等操作时就可以采用最有效率的措施。（如：不必调用高层次的constructor/destructor,而采用内存直接处理操作malloc()/memcpy()等）