type trait用于平行类层次中的参数类型检查

 

什么是平行类层次

如以下UML图所示。Animal都需要吃(eat)食(Food),  Dog只吃狗食(DogFood), Cat只吃猫食(CatFood).

狗吃猫食？

Dog dog;
CatFood catFood;
dog.eat(catFood); // 狗吃了猫食。

解决方案

方案1：覆盖(override)eat函数

覆盖函数可定义如下:

void Dog::eat(const Food& food)
{
If (food is NOT an instance of DogFood)
狗吠 and return;
……
} 

优点：狗不会误食猫食了。

缺点：只有在狗开始吃时(运行时)才知道食物是否可吃。在某些情况下，为时已晚。

方案2：添加额外接口

为Dog和Cat添加额外接口来吃食，如下图所示。从今以后Dog只能通过eatDogFood接口来吃食，Cat只能通过eatCatFood接口来吃食。

优点：狗吃得安心了，不再担心被喂猫食。

缺点：在Dog和Cat中个增加了一个接口，从而增加了记忆和使用的负担。

方案3：Type trait

我们可以定义一个模板函数(template function)，主人一律通过此模板函数来给Animal喂食，而无需分别对待具体Animal，如猫、狗等。模板函数可定义如下：

template<class AnAnimal, class AFood>
void feed(const AnAnimal& animal, const AFood& food)
{
animal.eat(food);
}

显然需要对以上模板参数AnAnimal和AFood进行一定的约束，才能满足我们的需求。首先，AnAnimal必须是一种真正的Animal (继承于Animal)。一个简单赋值可达到目的。赋值语句如下：

const Animal& realAnimal = animal; // 编译错误如果animal不是继承于Animal.

其次，AFood必须是AnAnimal对应的食物类型, 即Animal 对应 Food, Dog对应DogFood, Cat对应CatFood. 换句话说，AFood由AnAnimal来决定，AFood可以看成是AnAnimal的一个特性。这不正是type trait所做的是吗！定义type trait如下：

template<class AnAnimal> struct AnimalFoodTrait;
template<> struct AnimalFoodTrait<Animal> {typedef Food AFood;};
template<> struct AnimalFoodTrait<Dog> {typedef DogFood AFood;};
template<> struct AnimalFoodTrait<Cat> {typedef CatFood AFood;};

最后，利用这些type trait，我们可以修改那个模板函数，让其只带一个AnAnimal模板参数，AFood参数由AnAnimal推导出。

所以，最终模板函数定义为：

template<class AnAnimal>
void feed(const AnAnimal& animal,  const AnimalFoodTrait<AnAnimal>::AFood& food)
{
const Animal& realAnimal = animal;
realAnimal.eat(food);
}

利用这个修改过的模板函数，主人立刻(编译期)就可以知道是否喂错了食。以狗吃猫食为例：

Dog dog;
CatFood catFood;
feed(dog, catFood); // 狗吠，CatFood不能转化成DogFood.