C++ Traits技术

要想深入的理解STL的迭代器、分配器等，就必须了解C++模板编程中的一个技巧——Traits。

1、问题的提出

C++的模板特性为泛型编程提供了支持。这样我们就可以编写更加通用的代码，而不必过分去关心参数的类型。然而事实却是，类型的不同，很多时候却影响到了算法中的某个小小的实现。举个标准库里的类string,wstring。

其实它们对应的是两个模板，前者单字符，后者宽字符。

typedef basic_string, allocator > string;
typedef basic_string, allocator > wstring;

模板basic_string需要有一个得出字符串长度的函数length，那么问题就来了。因为char和wchar_t所对应的求长度API并不一样。前者是strlen,后者是wcslen。

正是为了解决这样类似的问题，C++中的traits技巧被提炼出来了。

2、解决方法

因为模板参数的类型不同，可能会影响到模板中具体的算法，那么我们就需要把这些与模板参数相差的方法从模板basic_string中提取出来，而保证basic_string算法的一致不受参数类型不同的影响。而上面的char_traits模板即是把与模板参数相差的方法都封装起来了。如果定义这样一个模板.

template
struct char_traits
{
static void __CLRCALL_OR_CDECL assign(_Elem& _Left, const _Elem& _Right)

{        // assign an element
_Left = _Right;
}
static bool __CLRCALL_OR_CDECL eq(const _Elem& _Left, const _Elem& _Right)
{        // test for element equality
return (_Left == _Right);
}
//……
//……
//…..
static size_t __CLRCALL_OR_CDECL length(const _Elem *_First)
{        // find length of null-terminated sequence
//                _DEBUG_POINTER(_First);
size_t _Count;
for (_Count = 0; !eq(*_First, _Elem()); ++_First)
++_Count;
return (_Count);
}
};

这里的legnth实现是一个通用算法循环遍历,并没有使用系统的strlen,wcslen，效率相对低一些。那么如果我一定要使用strlen,wcslen呢？

这里就需要用到模板的特化，也即指定模板的参数类型。

// STRUCT char_traits
    template<> struct  char_traits
          {    // properties of a string or stream wchar_t element
    static void __CLRCALL_OR_CDECL assign(_Elem& _Left, const _Elem& _Right)
        {    // assign an element
        _Left = _Right;
        }
    static bool __CLRCALL_OR_CDECL eq(const _Elem& _Left, const _Elem& _Right)
        {    // test for element equality
        return (_Left == _Right);
        }
        ……
        ……
        …..
    static size_t __CLRCALL_OR_CDECL length(const _Elem *_First)
        {    // find length of null-terminated sequence
    //        _DEBUG_POINTER(_First);
        return (::wcslen(_First));
        }
    };
    
        // STRUCT char_traits
    template<> struct  char_traits
              {    // properties of a string or stream wchar_t element
    static void __CLRCALL_OR_CDECL assign(_Elem& _Left, const _Elem& _Right)
        {    // assign an element
        _Left = _Right;
        }
    static bool __CLRCALL_OR_CDECL eq(const _Elem& _Left, const _Elem& _Right)
        {    // test for element equality
        return (_Left == _Right);
        }
        ……
        ……
        …..
    static size_t __CLRCALL_OR_CDECL length(const _Elem *_First)
        {    // find length of null-terminated sequence
    //        _DEBUG_POINTER(_First);
        return (::strlen(_First));
        }
    };

当实现了上面两个特化的模板之后，在模板basic_string中，我们如果需要知道当前模板参数类型的字符串长度时，只需要调用char_traits::length()就可以调用到正确的函数了。

3、总结

通过以上的事例，我们可以看出，具体的traits技巧非常简单。也就是将因为模板形参(包括类型形参、非类型形参)不同而导致的不同，抽取到新的模板中去，然后通过模板的特化(全特化、偏特化均可，至少有一个模板形参不同即可)来分别实现其不同。 这一类的模板，都会在命名中加上traits以示区别，所以也会把运用这一类方法称为C++的traits技术。traits技术更展现出了一种编程的思想，也即将相同的提出复用，将不同的部分通过接口来实现。将模板形参与基不同的实现绑定在一起，其实与设计模式中的状态模式很相似，都体现出了相同的编程思想。只不过前者是编译时确定的，后者则是运行时确定的。

4、注意

1. Boost中有这样一个例子。

   template< typename T > 
   struct is_pointer{ 
   static const bool value = false; 
   };
   template< typename T > 
   struct is_pointer< T* >{ 
   static const bool value = true; 
   };

   这样我就可以通过is_pointer::value来判断当前类型是否为指针类型。
   
2. 非类型模板形参

   Template
   Struct algo_sort
   {
     Template
     Static void sort(T& obj)
     {
        Quick_sort(obj);
     }
   }
   
   Template<>
   Struct algo_sort
   {
     Template
     Static void sort(T& obj)
     {
        Select_sort(obj);
     }
   }

   这样就能够模板形参调用不同的排序方法了.
3. 模板形参不仅仅与变量方法有关,还可能与类型有类.

   template< typename T >
   struct STRUCT_TYPE
   {
      typedef int MY_TYPE;
      typedef LONGLONG POWER_TYPE;
   };
   template<>
   struct STRUCT_TYPE
   {
       typedef float MY_TYPE;
       typedef double POW_TYPE;
   };
   template< typename T > 
   struct STRUCT_ALGO
   {
      // 下面的Typename是指示T::MY_TYPE是一个类型而不是成员变量
      // 在VS2005中加与不加均可
      typedef typename T::MY_TYPE myType;
      typedef T::POWER_TYPE powType;
           
       powType GetPow(const myType& value)
       {
          return value*value;
       }
   };

   这样我们甚至可以将模板形参关联的变量类型也可以抽离出来,以提高模板的通用性.