转载： C++ traits技术浅谈

前言

 

　　traits，又被叫做特性萃取技术，说得简单点就是提取“被传进的对象”对应的返回类型，让同一个接口实现对应的功能。因为STL的算法和容器是分离的，两者通过迭代器链接。算法的实现并不知道自己被传进来什么。萃取器相当于在接口和实现之间加一层封装，来隐藏一些细节并协助调用合适的方法，这需要一些技巧（例如，偏特化）。最后附带一个小小的例子，应该能更好地理解 特性萃取。

　　下面大部分来源于《STL源码剖析》，看原书能了解更多细节。

 

Traits编程技法

　　让我们一点点抛出问题，然后一点点深入。

　　1. 首先，在算法中运用迭代器时，很可能会用到其相应型别（迭代器所指之物的型别）。假设算法中有必要声明一个变量，以“迭代器所指对象的型别”为型别，该怎么办呢？

　　解决方法是：利用function template的参数推导机制。

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　　这里已经可以看出封装的意思了，没有一层impl的封装的话，每次你都要显式地说明迭代器指向对象型别，才能新建tmp变量。加一层封装显得清爽很多。


　　迭代器相应型别不只是“迭代器所指对象的型别”一种而已。根据经验，最常用的相应型别有五种，然而并非任何情况下任何一种都可以利用上述的template参数推导机制来取得。


　　函数的“template参数推导机制”推导的只是参数，无法推导函数的返回值类型。万一需要推导函数的传回值，就无能为力了。


 


　　2.  声明内嵌型别似乎是个好主意，这样我们就可以直接获取。




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　　看起来不错，但是并不是所有迭代器都是class type，原生指针就不行！如果不是class type，就无法为它定义内嵌型别。


　　这时候就需要 偏特化 出现。


 


　　3. 偏特化就是在特化的基础上再加一点限制，但它还是特化的template。




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　　func在调用 I 的时候，首先把 I 传到萃取器中，然后萃取器就匹配最适合的 value_type。（萃取器会先匹配最特别的版本）这样当你传进一个原生指针的时候，首先匹配的是带<T*>的偏特化版本，这样 value_type 就是 T，而不是没有事先声明的 I::value_type。这样返回值就可以使用 typename iterator_traits<I>::value_type 来知道返回类型。


　　下面附上《STL源码剖析》的图片：




 


让traits干更多东西




 


　　迭代器有常见有五种类型: value_type, difference_type, reference_type, pointer_type都比较容易在 traits 和 相应偏特化中提取。但是，iterator_category一般也有5个，这个相应型别会引发较大规模的写代码工程。


　　例如，我们实现了 func_II, func_BI, func_RAI 分别代表迭代器类型是Input Iterator，Bidirectional Iterator和Random Access Iterator的对应实现。


　　现在，当客端调用func()的时候，我们可能需要做一个判断：




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　　但这样在执行时期才决定使用哪一个版本，会影响程序效率。最好能够在编译期就选择正确的版本。


　　重载这个函数机制可以达成这个目标。


 


 


 　　声明了一些列 tag 之后，我们就可以重载 func函数： func(tag)。


　　到这里，各个型别的具体重载实现已经写好，但是需要一个统一的接口，这时候 traits 就可以出场了。


 


 


 


简单实例代码




 


　　所以说，traits一方面，在面对不同的输入类时，能找到合适的返回型别；另一方面，当型别对应有不同的实现函数的时候，能起到一个提取型别然后分流的作用。


　　先假设我们有一个 func 函数，可以接受 自定义的类 或者 原始的指针 作为参数，并自动输出使用了什么tag。


　　首先根据 traits（由本身或偏特化版本实现） ，它会提取 u 的返回型别，然后调用对应的构造函数 return_type()， 来当作各个重载版本 __func 的重载标志区分不同的实际函数。


　　


    

  • 首先我们看看接口代码的编写

     
    

    • 

  • 先 return_type 的构造函数
    

     
    

    然后是实现设定的 tag ，用来模仿前面说的 II，RAI等
    

     
    


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  • 然后是 traits 隆重登场，有两个偏特化版本。
    

    

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  • 突然忘记了交代 unknown_class 的结构，自定义的类，必须要 typedef。
    

     
    


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  • 最后是func各个重载版本。

    

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  • 有了这些我们就可以测试了
    

    

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　　可以看到，对于用自定义类传入同一个接口，它会自动使用对应的函数，而且返回值也合适。对原始指针也适用，完美！




 


附




 


 下面是完整代码：




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 结束语




　　特性提取花了自己好多时间，不过当程序跑出来的瞬间还是挺开心的。


　　首先要感谢侯捷老师，老师的书讲得这么清楚，我还是笨笨的看得一知半解。


　　看完这个可以看图像的傅里叶变换啦，啊哈哈~







		

		
posted @ 
2019-02-15 23:35 
Daniel.L 
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