traits:Traits技术学习笔记

traits:Traits技术初探

概述:
traits是一种特性萃取技术,它在Generic Programming中被广泛运用,常常被用于使不同的类型可以用于相同的操作,或者针对不同类型提供不同的实现.traits在实现过程中往往需要用到以下三种C++的基本特性:
enum
typedef
template
 (partial) specialization
其中:
enum
用于将在不同类型间变化的标示统一成一个,它在C++中常常被用于在类中替代define,你可以称enum为类中的define;
typedef
则用于定义你的模板类支持特性的形式,你的模板类必须以某种形式支持某一特性,否则类型萃取器traits将无法正常工作.看到这里你可能会想,太苛刻了吧?其实不然,不支持某种特性本身也是一种支持的方式(见示例2,我们定义了两种标示,__xtrue_type和__xfalse_type,分别表示对某特性支持和不支持).
template
 (partial) specialization被用于提供针对特定类型的正确的或更合适的版本.
借助以上几种简单技术,我们可以利用traits提取类中定义的特性,并根据不同的特性提供不同的实现.你可以将从特性的定义到萃取,再到traits的实际使用统称为traits技术,但这种定义使得traits显得过于复杂,我更愿意将traits的定义限于特性萃取,因为这种定义使得traits显得更简单,更易于理解,^_^.

举例:
上面提到过,traits可被用于针对不同类型提供不同的实现,那么下面就举两个例子来说明如何实现这一点.
Example 1:
假定我们需要为某个类设计一个可以对所有类型(包括普通的int/long...,提供了clone方法的复杂类型CComplexObject,及由该类派生的类)进行操作的函数clone,下面,先用OO的方法来考虑一下解决方案.看到前面的条件,最先跳进你脑子里的肯定是Interface,pure virtual function等等.对于我们自己设计的类CComplexObject而言,这不是问题,但是,对于基本数据类型呢?还有那些没有提供clone方法的复杂类型呢?(这时候你可能会想,要是Java该多easy,所有类都默认从Object派生,而Object已提供了一个默认的clone方法,但是,要使类真正支持clone,还必须implements Cloneable,所以,同样也不能避免这里遇到的麻烦).
下面是一个可能的解决方案:

template 
class XContainer
{
     ...
     void clone(T* pObj)
     {
         if (isClonable)
         {
             pObj->clone();
         }
         else
         {
             //... non-Clonable algorithm ...
         }
     }
};
但是只要你测试一下 ,这段代码不能通过编译 .为什么会这样呢 ?原因很简单 :对于没有实现clone方法的非Clonable类或基本类型 ,pObj ->clone这一句是非法的 .
那么怎样解决上面的这个难题呢 ?上面不能通过编译的代码告诉我们 ,要使我们的代码通过编译 ,就不能使非Clonable类或基本类型的代码中出现pObj ->clone ,即我们需要针对不同类型提供不同的实现 .为了实现这一点 ,我们可以在我们的模板类中用 enum定义一个trait ,以标示类是否为Clonable类 ,然后在原模板类内部引入一个traits提取类Traits ,通过对该类进行specilizing ,以根据不同的trait提供不同的实现 .具体实现如下 :
#include 
using namespace std;

class CComplexObject // a demo class
{
public:
     void clone() { cout << "in clone" << endl; }
};

// Solving the problem of choosing method to call by inner traits class
template 
class XContainer
{
public:
     enum {Clonable = isClonable};

     void clone(T* pObj)
     {
         Traits().clone(pObj);
     }

     template 
         class Traits
     {
     };

     template <>
         class Traits
     {
     public:
         void clone(T* pObj)
         {
             cout << "before cloning Clonable type" << endl;
             pObj->clone();
             cout << "after cloning Clonable type" << endl;
         }
     };

     template <>
         class Traits
     {
     public:
         void clone(T* pObj)
         {
             cout << "cloning non Clonable type" << endl;
         }
     };
};

void main()
{
     int* p1 = 0;
     CComplexObject* p2 = 0;

     XContainer n1;
     XContainer n2;

     n1.clone(p1);
     n2.clone(p2);
}
编译运行一下 ,上面的程序输出如下的结果 :
doing something non Clonable
before doing something Clonable
in clone
after doing something Clonable
这说明 ,我们成功地根据传入的isClonable模板参数为模板实例选择了不同的操作 ,在保证接口相同的情况下 ,为不同类型提供了不同的实现 .

Example  2 :
我们再对上面的例子进行一些限制 ,假设我们的clone操作只涉及基本类型和CComplexObject及其派生类 ,那么我们可以进一步给出下面的解法 :
#include 
using namespace std;

struct __xtrue_type { }; // define two mark-type
struct __xfalse_type { };

class CComplexObject // a demo class
{
public:
     virtual void clone() { cout << "in clone" << endl; }
};

class CDerivedComplexObject : public CComplexObject // a demo derived class
{
public:
     virtual void clone() { cout << "in derived clone" << endl; }
};

// A general edtion of Traits
template 
struct Traits
{
     typedef __xfalse_type has_clone_method; // trait 1: has clone method or not? All types defaultly has no clone method.
};

// Specialized edtion for ComplexObject
template <>
struct Traits
{
     typedef __xtrue_type has_clone_method;
};

template 
class XContainer
{
     template 
         class Impl
     {
     };
     template <>
         class Impl <__xtrue_type>
     {
     public:
         void clone(T* pObj)
         {
             pObj->clone();
         }
     };
     template <>
         class Impl <__xfalse_type>
     {
     public:
         void clone(T* pObj)
         {
         }
     };
public:
     void clone(T* pObj)
     {
         Impl::has_clone_method>().clone(pObj);
     }
};

void main()
{
     int* p1 = 0;
     CComplexObject c2;
     CComplexObject* p2 = &c2;
     CDerivedComplexObject c3;
     CComplexObject* p3 = &c3; // you must point to a derived object by a base-class pointer,
                             //it's a little problem

     XContainer n1;
     XContainer n2;
     XContainer n3;

     n1.clone(p1);
     n2.clone(p2);
     n3.clone(p3);
}
现在 ,所有基本类型以及CComplexObject类系都可以用于XContainer了 .

结语 :
看到这里 ,你或许会说 ,traits不过如此 ,还以为是什么高深的玩意呢 !其实技术就是这样 ,说白了都很Easy ,关键是怎么将他们用于实际 ,为实际的Designing /Development服务 .毕竟 ,在IT领域 ,不能应用于实际的技术是没有价值的 .

参考链接:http://www.cppblog.com/woaidongmao/archive/2008/11/09/66387.html


今天看"modern c++ design"的时候发现自己竟然又把以前好不容易弄懂的Traits技术给忘记了,真是...又重新学习了一下,赶紧记下来。
Traits技术可以用来获得一个 类型 的相关信息的。 首先假如有以下一个泛型的迭代器类,其中类型参数 T 为迭代器所指向的类型:

template 
class myIterator
{
...
};
当我们使用myIterator时,怎样才能获知它所指向的元素的类型呢?我们可以为这个类加入一个内嵌类型,像这样:
template 
class myIterator
{
typedef T value_type; 
...
};
这样当我们使用myIterator类型时,可以通过 myIterator::value_type来获得相应的myIterator所指向的类型。

现在我们来设计一个算法,使用这个信息。
template 
typename myIterator::value_type Foo(myIterator i)
{
...
}
这里我们定义了一个函数Foo,它的返回为为 参数i 所指向的类型,也就是T,那么我们为什么还要兴师动众的使用那个value_type呢? 那是因为,当我们希望修改Foo函数,使它能够适应所有类型的迭代器时,我们可以这样写:
template  //这里的I可以是任意类型的迭代器
typename I::value_type Foo(I i)
{
...
}
现在,任意定义了 value_type内嵌类型的迭代器都可以做为Foo的参数了,并且Foo的返回值的类型将与相应迭代器所指的元素的类型一致。至此一切问题似乎都已解决,我们并没有使用任何特殊的技术。然而当考虑到以下情况时,新的问题便显现出来了:

原生指针也完全可以做为迭代器来使用,然而我们显然没有办法为原生指针添加一个value_type的内嵌类型,如此一来我们的Foo()函数就不能适用原生指针了,这不能不说是一大缺憾。那么有什么办法可以解决这个问题呢? 此时便是我们的主角:类型信息榨取机 Traits 登场的时候了

....drum roll......

我们可以不直接使用myIterator的value_type,而是通过另一个类来把这个信息提取出来:
template 
class Traits
{
typedef typename T::value_type value_type;
};
这样,我们可以通过 Traits::value_type 来获得myIterator的value_type,于是我们把Foo函数改写成:
template  //这里的I可以是任意类型的迭代器
typename Traits::value_type Foo(I i)
{
...
}
然而,即使这样,那个原生指针的问题仍然没有解决,因为Trait类一样没办法获得原生指针的相关信息。于是我们祭出C++的又一件利器--偏特化(partial specialization):
template 
class Traits //注意 这里针对原生指针进行了偏特化
{
typedef typename T value_type;
};
通过上面这个 Traits的偏特化版本,我们陈述了这样一个事实:一个 T* 类型的指针所指向的元素的类型为 T。

如此一来,我们的 Foo函数就完全可以适用于原生指针了。比如:
int * p;
....
int i = Foo(p);
Traits会自动推导出 p 所指元素的类型为 int,从而Foo正确返回。

traits相关总结:
1.typedef 可以在class或者struct中定义
template
class CXX
{
typedef T value_type;
};
同样,template可以嵌入template!
2.见到template<>多半是在模板特化。特化分全特化、偏特化等。熟记这点,否则有些地方看不懂。
3.template其实就是扩展编译器,让代码自动生成。其功能等同于#define之类。说白了,c++的这些东西就是让你的代码可以重用,减少日后不必要的编程量。
4.traits就目前我们能用到的东西而言,就是它能统一接口,让你的template可以兼容基本类型。
5.一个实例设想:
像WINAPI经常提供诸如XxA和XxW,要跟据使用的ASCII码还是UNICODE码来决定调用。那么可以利用template配合traits来实现——只用template估计不行,ASCII跟UNICODE在有些地方可能是不同的,这些地方就要traits上阵了。
引用几篇文章:
《C++ Traits》http://www.cnblogs.com/hush/archive/2004/03/10/2717.html
《type traits 之”本质论”》http://blog.csdn.net/sanlongcai/archive/2007/09/15/1786647.aspx
《traits:Traits技术初探》http://www.cppblog.com/woaidongmao/archive/2008/11/09/66387.html(这篇讲得真的很好!)


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