用最简洁的语言概括C++ traits(高手请进)

aychxm

STL源码，有折腾的必要么？
知道链表 vector map的原理了，就能适当做出最优化的代码写法选择了

solidmango

aychxm 发表于 2012-09-27 10:09
STL源码，有折腾的必要么？
知道链表 vector map的原理了，就能适当做出最优化的代码写法选择了

只能说人各有志，呵呵..

OwnWaterloo

不是高手，没办法用简洁的语言说清楚。。。 前面的例子可能会比较无聊，从第4步开始，可能会有你感兴趣的东西。


假设需要实现：
a. print_all 输出一个序列的所有元素。
b. maximum返回一个序列中的最大元素。


1.  手工实现各种print_all的版本

1. 
   
2. void print_all(int const* first, int const* last) { for (; first!=last; ++first) cout<<*first<<" "; }
   
3. void print_all(double const* first, double const* last) { for (; first!=last; ++first) cout<<*first<<" "; }
   
4. void print_all(std:: vector<int>:: iterator first, std:: vector<int>:: iterator last) { for (; first!=last; ++first ) cout<<*first<<" "; }
   

复制代码

还有更多的、无限的组合等待程序员去实现。

2. 用template描述print_all的各种版本

1. 
   
2. template<typename It>
   
3. void print_all(It fisrt, It last) { for (; first!=last; ++first) cout<<*first<<" "; }
   

复制代码

只要某个类型的对象可以 —— i) first!=last, 相等测试) ii) ++first 自增 iii) *first 解引用 ix) cout<<*first 有输出的重载 —— 那它就可以使用这个模板。
上面的int const*、 double const*、 std::vector<int>::iterator 都满足这个条件。
还有更多的类型也满足这个条件。但只需要写print_all一次。


3. 手工实现maximum（为了简单，假设序列不允许为空）

1. 
   
2. int maximum(int const* first, int const* last) {
   
3.       assert(first!=last);
   
4.       int y = *first;
   
5.       for (++first; first!=last; ++first) if (*first > y) y = *first;
   
6.       return y;
   
7. }
   

复制代码

不会遇到什么问题，除了对每个类型都得重新写一次。


4. 用template描述maximum。 这与print_all就不同了， 嗯， 就会暴露出一些问题。

1. 
   
2. template<typename It>
   
3. /*这里该是什么*/ maximum(It first, It last) {
   
4.       assert(first!=last);
   
5.       /*这里又该是什么*/ y = *first;
   
6.       for (++first; first!=last; ++first) if (*first > y) y = *first;
   
7.       return y;
   
8. }
   

复制代码

print_all没有这个问题是因为print_all里只产生了 *first 这个表达式。
编译器知道 *first 的类型， 然后使用cout<<*first的相应的重载版本。
而maximum需要写出那个表达式的类型。


5. 添加并使用编译时信息

编译时信息有很多，类型，嵌套类型，静态常量成员、嵌套枚举，类型能力。。。
这里需要的是嵌套类型。

1. 
   
2. template<class It>
   
3. typename It::value_type // 要求It类型必须有一个嵌套的类型定义，它是It解引用后的类型。
   
4. maximum(It first, It last) {
   
5.       assert(first!=last);
   
6.       typename It::value_type y = *first;
   
7.       for (++first; first!=last; ++first) if (*first > y) y = *first;
   
8.       return y;
   
9. }
   

复制代码

可以与std:: vector<int>:: iterator 协作，因为这个类型包含有嵌套的value_type类型定义。
但没法与int const* 协作， 因为这个类型不可能有嵌套类型定义。


6. 使用 iterator_traits

传说中的增加一个间接层就可以解决任何问题。

1. 
   
2. template<typename It>
   
3. typename std::iterator_traits<It>::value_type // 不直接问It，而是问std::iterator_traits<It>， It解引用的类型是什么。
   
4. maximum(It first, It last) {
   
5.       assert(first!=last);
   
6.       typename std::iterator_traits<It>::value_type y = *first; // 同上
   
7.       for (++first; first!=last; ++first) if (*first > y) y = *first;
   
8.       return y;
   
9. }
   

复制代码

std:: iterator_traits的定义是

1. 
   
2. template <class Iterator>
   
3. struct iterator_traits {
   
4.       typedef typename Iterator::value_type        value_type;
   
5.       // ... 其他
   
6. };
   

复制代码

std:: iterator_traits< std:: vector<int>:: iterator>:: value_type 就是 std:: vector<int>:: iterator:: value_type。

但std:: iterator_traits<int*> 就不同了， 因为std:: iterator_traits有个偏特化的定义：

1. 
   
2. template<typename T>
   
3. struct iterator_traits<T*> {
   
4.       typedef T value_type;
   
5.       // ... 其他
   
6. };
   

复制代码

于是std:: iterator_traits<int*>:: value_type 就是 int。 于是上面的maximum 就ok了。



PS：
1.  这是STL的 iterator_traits 的目的
2. 其他traits是什么含义我不知道。 要知道一个术语流行开了就是混乱的开始。。。
很多人都在说traits， 但他们说的含义并不一定相同。
3. 无论术语如何， 总之template是一个编译时的行为。

类似运行时的函数add， 它需要两个参数才能完成其工作 int add(int a, int b) { return a+b; }
还有point， 使用point的人需要x以及y。

利用模板编程时也需要各种编译时的信息（前面已经举过例了）。 很多traits就是用各种方式提供这些信息。

4. maximum的问题在C++11里不存在， 因为有auto、 decltype、 alternative function syntax这些新增的东西。
我估计C++11可以解决maximum对编译时类型信息的需要， 但应该不能解决所有问题对编译时类型信息的需要。
估计还是会有各种traits。。。

solidmango

OwnWaterloo 发表于 2012-09-27 15:22
不是高手，没办法用简洁的语言说清楚。。。 前面的例子可能会比较无聊，从第4步开始，可能会有你感兴趣的东 ...

谦虚啦，呵呵，您写的非常好，非常感谢..

我的总结是：
Traits就是特性的意思，就是说你告诉我一些东西，我能从你给我的东西里面提取出、计算出另外一些东西，而这些东西对于编译期是非常重要的，也就是“事物的特性”。

         traits
事物---------------->特性


         traits   
int *---------------->int



        

justmao945

我觉得最简单的理解就是编译器使用template进行推导。。（trait本意是特征特性。。。不太明白翻译过来是啥，，）
比如c++11的is_xxx系列函数

1. 
   
2. #include <iostream>
   
3. #include <type_traits>
   
4. 
   
5. class A {};
   
6. 
   
7. int main()
   
8. {
   
9.     std::cout << std::boolalpha;
   
10.     std::cout << std::is_array<A>::value << '\n';
    
11.     std::cout << std::is_array<A[3]>::value << '\n';
    
12.     std::cout << std::is_array<float>::value << '\n';
    
13.     std::cout << std::is_array<int>::value << '\n';
    
14.     std::cout << std::is_array<int[3]>::value << '\n';
    
15. }
    

复制代码

其实很简单。。看下STL代码就知道什么是traits了。。当然ls那个大神已经举了个例子了～～

solidmango

回复 15# justmao945


    非常感谢..

apachewebser

非高手进来看下        

linux_c_py_php

难个毛, 模板+模板特化就是traits, 再配合重载机制包装上wrapper就是STL的核心技术了.

solidmango

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    不解啊，还是实例来得清楚，什么样的重载？难道是我的知识学杂了？

fallening_cu

回复 18# linux_c_py_php

看起来这位兄台没有读过 MCD