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  < typename T ,  bool isClonable >
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 <iostream>
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  < typename T ,  bool isClonable >
class XContainer
{

public :
    enum  {Clonable  = isClonable };

    void clone (T * pObj )
    {

        Traits <isClonable >().clone (pObj );
    }


    template  < bool flag >
        class Traits
    {
    };


    template  <>
        class Traits < true >
    {

    public :
        void clone (T * pObj )
        {

            cout  <<  "before cloning Clonable type"  << endl ;
            pObj ->clone ();
            cout  <<  "after cloning Clonable type"  << endl ;
        }
    };


    template  <>
        class Traits < false >
    {

    public :
        void clone (T * pObj )
        {

            cout  <<  "cloning non Clonable type"  << endl ;
        }
    };
};


void  main ()
{

    int * p1  =  0 ;
    CComplexObject * p2  =  0 ;

    XContainer < int ,  false > n1 ;
    XContainer <CComplexObject ,  true > 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 <iostream>
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  < typename T >
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 <CComplexObject >
{

    typedef __xtrue_type has_clone_method ;
};


template  < typename T >
class XContainer
{

    template  < typename flag >
        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 <Traits <T >::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 < int > n1 ;
    XContainer <CComplexObject > n2 ;
    XContainer <CComplexObject > 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 .

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