读书笔记_Effective_C++_条款四十七:请使用trait classes来表示类型信息

这一条款主要来讨论模板中迭代器的属性iterator_category,它可以通过类似于vector<int>::iterator::iterator_category的方式来取得。

到这里我们有必要学习一下STL迭代器的类型,总共有五种,分别是:

input_iterator:只读,只能逐个前移

output_iterator:只写,只能逐个前移

forward_iterator:可读可写,只能逐个前移

bidirectional_iterator:可读可写,支持逐个前移和后移

random_access_iterator:可读可写,支持随机访问(任意步数移动)

为了表明容器内使用的是哪一种迭代器,STL在定义迭代器会总会打个一个标记“tag”,每个tag都是一个空的结构体,对应于以上五种迭代器,tag也有五个:

struct input_iterator_tag{};

struct output_iterator_tag{};

struct forward_iterator_tag: public input_iterator_tag{};

bidirectional_iterator: public forward_iterator_tag{};

random_access_iterator: public bidirectional_iterator_tag{};

注意这五个tag之间,有些存在继承关系。

这个标记有什么用呢?STL在写vector的时候,会这样:

 1 template class <T>
 2 class vector
 3 {
 4 public:
 5     class iterator
 6     {
 7     public:
 8         typedef random_access_iterator iterator_category;
 9 10     }
11 12 }
13 
14 写list的时候,会这样写:
15 template class <T>
16 class list
17 {
18 public:
19     class iterator
20     {
21     public:
22         typedef bidirectional_iterator iterator_category;
23 24     }
25 26 }

既然迭代器已经由tag说明了它的类型(双向的,还是随机访问),那我们如何去利用它呢?比如现在我想要写一个迭代器前移的通用函数DoAdvance,不同迭代器类型会有不同的实现方式,所以我们可以像下面这样:

 1 template <class T>
 2 void DoAdvance(T Container)
 3 {
 4     typedef T::iterator::iterator_category IteratorCategory;
 5     if (typeid(IteratorCategory) == typeid(input_iterator_tag))
 6     {
 7         cout << "Do manner in input_iterator_tag" << endl;
 8     }
 9     else if (typeid(IteratorCategory) == typeid(output_iterator_tag))
10     {
11         cout << "Do manner in output_iterator_tag" << endl;
12     }
13     else if (typeid(IteratorCategory) == typeid(forward_iterator_tag))
14     {
15         cout << "Do manner in forward_iterator_tag" << endl;
16     }
17     else if (typeid(IteratorCategory) == typeid(bidirectional_iterator_tag))
18     {
19         cout << "Do manner in bidirectional_iterator_tag" << endl;
20     }
21     else if (typeid(IteratorCategory) == typeid(random_access_iterator_tag))
22     {
23         cout << "Do manner in random_access_iterator_tag" << endl;
24     }
25 }

参数T是容器的类型,比如vector<int>,如果像下面这样调用:

1 vector<int> v;
2 DoAdvance(v);

那么输出是Do manner in random_access_iterator_tag,因为vector<int>的迭代器是随机访问型的,可以按随机访问类型的处理方式来去实现前移操作。typeid返回结果是名为type_info的标准库类型的对象的引用,它指明了这个对象/定义的类型。

因为这里讨论的是迭代器,所以更常见的是直接传迭代器进去,像这样:

 1 template <class IterT>
 2 void DoAdvance(IterT Iter)
 3 {
 4     typedef IterT::iterator_category IteratorCategory;
 5     if (typeid(IteratorCategory) == typeid(input_iterator_tag))
 6     {
 7         cout << "Do manner in input_iterator_tag" << endl;
 8     }
 9 10 }

注意这里的模板参数是IterT,它表示一个迭代器的类型,比如vector<int>::iterator。这里是去主动访问iterator里面定义的属性iterator_category,我们也可以通过trait classes来访问,像下面这样:

 1 template <class IterT>
 2 void DoAdvance(IterT Iter)
 3 {
 4     if (typeid(iterator_traits<IterT>::iterator_category)
 5         == typeid(input_iterator_tag))
 6     {
 7         cout << "Do manner in input_iterator_tag" << endl;
 8     }
 9 10 }

iterator_traits的定义如下:

1 template<class IterT>
2 struct iterator_traits<IterT>
3 {
4     typedef typename IterT::iterator_category iterator_category;
5 6 };

这个感觉只是简化了输入代码量而已,本质上还是去获得迭代器的tag,它有一个针对指针的偏特化版本,像下面这样:

1 template<class IterT>
2 struct iterator_traits<IterT*>
3 {
4     typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
5 };

这里都是用typeid去进行类型判断的,它是在运行期才能执行,那么能不能放在编译期呢,当然可以,就是要用到函数的重载,像下面这样:

 1 template <class IterT>
 2 void DoAdvance(IterT Iter, input_iterator_tag)
 3 {
 4     cout << "Do manner in input_iterator_tag" << endl;
 5 }
 6 
 7 
 8 template <class IterT>
 9 void DoAdvance(IterT Iter, random_access_iterator_tag)
10 {
11     cout << "Do manner in random_access_iterator_tag" << endl;
12 }

像下面这样使用;

1 vector<int>::iterator iter;
2 DoAdvance(iter, iterator_traits<vector<int>::iterator>::iterator_category());

注意迭代器的tag是可以直接作为函数形参的,这样就可以在编译期决定到底执行哪一种迭代器的行为了。

 

条款标题的traint classes是一个广义的概念,我们之前讨论的iterator_traits只是其一部分,除以之外,还有四份迭代器相关的信息(如value_type等),TR1导入许多新的trait classes,比如is_fundamental<T>等(判断T是否是内置类型)。

 

最后,我们来总结一下:

1. Traits class使得类型相关信息可以在编译期可用,它们以template和template特化完成实现;

2. 整合重载技术后,traits classes有可能在编译期对类型执行if-else测试。

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