STL（三）：traits
前言
在前面的介绍中，我们已经多次接触到traits，traits是一种泛型编程技法，用侯捷老师的话说，traits可以回答算法提出的问题，本文我们就来看看基本的traits技法和STL中的traits。
traits原理
泛型编程通过传入模板元的方法统一了不同类型的接口，在编译时，类型能够自动推导为传入的类型，这被称为泛化，比如下面的结构：
template <typename T>
struct A{
bool value = true;
};
泛化时与传入的参数类型是无关的，无论T的类型是什么，value都被初始化为true。与泛化相对的概念叫特化，特化只当传入特定类型时才被调用。
template <>
struct A<int>{
bool value = false;
};
我们来看看上面两个结构体的调用结果，测试代码如下：
#include <bits/stdc++.h>
template <typename T>
struct A{
bool value = true;
};
template <>
struct A<int>{
bool value = false;
};
int main(){
A<bool> a1;
A<int> a2;
std::cout << "a1:" << a1.value << ",a2:" << a2.value << std::endl;
return 0;
}
运行结果如下，可以看到与我们之前的预期一致。
有时并不需要完全的特化，比如程序需要仅对指针类型的特化，在上面的结构体中，可以这样写：
#include <bits/stdc++.h>
template <typename T>
struct A{
int value = 1;
};
template <>
struct A<int>{
int value = 2;
};
template <typename T>
struct A<T*>{
int value = 3;
};
int main(){
A<bool> a1;
A<int> a2;
A<char*> a3;
std::cout << "a1:" << a1.value << ",a2:" << a2.value << ",a3:" << a3.value << std::endl;
return 0;
}
运行结果如下：
传入的指针类型value为3，这种仅针对部分模板参数的特化称为偏特化。
Iterator_traits
Iterator_traits用于萃取Iterator的特性，我们先给出Iterator_traits的泛化版本：
template <class _Iterator>
struct iterator_traits {
typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category; // 迭代器类别
typedef typename _Iterator::value_type value_type; // 迭代器解除引用后所得到的值的类型
typedef typename _Iterator::difference_type difference_type; // 两个迭代器之间的距离
typedef typename _Iterator::pointer pointer; // 指向被迭代类型的指针
typedef typename _Iterator::reference reference; // 被迭代类型的引用类型
};
前面说过，traits就是用来回答算法提出的问题，Iterator通过将迭代器的五种类型内嵌到traits中，就可以回答算法的问题。但有时传入的不一定是迭代器，比如我们在STL（二）：Iterator中见过传入C原生指针类型，为此traits还有几个偏特化版本：
// 针对原生指针(native pointer)而设计的 traits 偏特化版
template <class _Tp>
struct iterator_traits<_Tp*> {
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
typedef _Tp value_type;
typedef ptrdiff_t difference_type; // C++ 内建的 ptrdiff_t 类型
typedef _Tp* pointer;
typedef _Tp& reference;
};
// 针对原生之 pointer-to-const 而设计的 traits 偏特化版
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;
};
type_traits
type_traits用于萃取传入的参数是否具有”平凡“的特性，或者说是否是POD类型。POD类型名为Plain Old Data，意为简单旧数据，其实就是指最早的C语言类型，包括int、float、char、指针和struct等，这些数据结构的特点是可以直接通过二进制拷贝，并保持内容不变。
对于struct、union和class，既可能是POD类型，也可能不是，通常满足下面几个条件的数据结构是POD类型：
- 不能写构造、析构、拷贝/移动构造函数、拷贝/移动运算符，只能使用编译器默认生成的；
- 不能有虚函数和虚基类；
- 普通数据成员必须有相同的访问权限，也就是说，普通数据成员必须全部是public/private/protect中的一种，不能分布在多种；
- 第一个数据成员必须是自己的，不能来自其他类。
当然，可以直接使用STL的type_traits来判断是否是POD类型，这里也借助traits验证上面四个条件。
#include <bits/stdc++.h>
struct bad_case1{
bad_case1(){};
};
struct bad_case2{
virtual void foo(){};
};
struct bad_case3{
public:
int a;
private:
int b;
};
struct base
{
int a;
};
struct bad_case4:public base{
int b;
};
int main(){
std::cout << "case1:" << std::is_pod<bad_case1>::value << std::endl;
std::cout << "case2:" << std::is_pod<bad_case2>::value << std::endl;
std::cout << "case3:" << std::is_pod<bad_case3>::value << std::endl;
std::cout << "case4:" << std::is_pod<bad_case4>::value << std::endl;
std::cout << "case5:" << std::is_pod<base>::value << std::endl;
return 0;
}
运行结果如下：
具有POD类型的数据结构，可以直接拷贝二进制数据，因此可以使用C语言标准库中的memcopy函数，直接介绍过的allocator也正是利用这样的性质完成大块数据的填充和复制，可以看到STL在效率上精雕细琢，思路非常细腻。