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  • traits:Traits技术初探

    概述:
    traits
    是一种特性萃取技术 color: #663300; font-family: 宋体; padding: 0px; margin: 0px;">,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__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,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,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.

    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,IT领域,不能应用于实际的技术是没有价值的.

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