快捷導(dǎo)航

C++超詳細(xì)分析type_traits

更新時(shí)間：2022年08月15日 14:33:36 作者：fl2011sx

C++的type_traits是一套純粹編譯期的邏輯，可以進(jìn)行一些類型判斷、分支選擇等，主要用于模板編程。使用type_traits并不難，但是我們希望能夠更加深入了解其實(shí)現(xiàn)方式，與此同時(shí)，可以更進(jìn)一步體驗(yàn)C++的模板編程

定義基礎(chǔ)常量

第一步，我們需要定義true和false兩個(gè)常量，所有的type_traits都基于此。我們的目的就是要用一個(gè)模板類型來(lái)表示是非，其中的value正好是這兩個(gè)值。之后我們更高級(jí)的判斷類型都是繼承自這兩個(gè)類型的其中一個(gè)，通過(guò)這種方式獲取value值就可以獲取true和false了。

如果聽這個(gè)解釋有點(diǎn)暈的話，不要緊，我們直接來(lái)看代碼。這里需要注意的是，既然type_traits都是編譯期行為，因此其成員只能是靜態(tài)不可變成員（編譯期就可以確定的成員）。

struct true_type {
    static constexpr bool value = true;
};
struct false_type {
    static constexpr bool value = false;
};

基礎(chǔ)類型判斷

有了基礎(chǔ)常量，我們可以先做一些簡(jiǎn)單的類型判斷，比如說(shuō)判斷這個(gè)類型是不是void。這里的思路是，針對(duì)于所有類型的模板，繼承自false_type，而針對(duì)于void類型，我們給予一個(gè)模板特例，讓他繼承自true_type。這樣一來(lái)，只有當(dāng)類型是void的時(shí)候才會(huì)推導(dǎo)true，其他的就會(huì)推導(dǎo)false。請(qǐng)看例程：

template <typename>
struct is_void : false_type {};
template <>
struct is_void<void> : true_type {};

這里我們可以做一些簡(jiǎn)單的測(cè)試，來(lái)判斷函數(shù)的返回值是否為void：

void test1();
int test2();
int main(int argc, const char *argv[]) {
    std::cout << is_void<decltype(test1())>::value << std::endl; // 1
    std::cout << is_void<decltype(test2())>::value << std::endl; // 0
    return 0;
}

有了判斷void的思路基礎(chǔ)，不難寫出判斷其他類型的，比如說(shuō)判斷是否為浮點(diǎn)數(shù)，那么只需要對(duì)float，double，long double進(jìn)行特殊處理即可，請(qǐng)看代碼：

template <typename>
struct is_floating_point : false_type {};
template <>
struct is_floating_point<float> : true_type {};
template <>
struct is_floating_point<double> : true_type {};
template <>
struct is_floating_point<long double> : true_type {};

整型判斷相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，需要對(duì)char，signed char，unsigned char，short，unsigned short，int，unsigned，long，unsigned long，long long，unsigned long long都進(jìn)行特例編寫，方法相同，不再贅述。

類型處理

在上一節(jié)編寫is_floating_point的時(shí)候可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的問(wèn)題：

int main(int argc, const char *argv[]) {
    std::cout << is_floating_point<const double>::value << std::endl; // 0
    std::cout << is_floating_point<double &>::value << std::endl; // 0
    return 0;
}

但是照理來(lái)說(shuō)，const類型以及引用類型不應(yīng)該影響他浮點(diǎn)數(shù)的本質(zhì)，當(dāng)然，我們也可以針對(duì)所有的const以及引用情況都編寫模板特例，但這樣太麻煩了，如果有辦法可以去掉const以及引用這些符號(hào)，然后再去判斷的話，就會(huì)減少我們很多工作量。與此同時(shí)，這樣的類型處理在實(shí)際編程時(shí)也是很有用的。

那么，如何去掉const？請(qǐng)看代碼：

template <typename T>
struct remove_const {
    using type = T;
};
template <typename T>
struct remove_const<const T> {
    using type = T;
};

同樣的思路，當(dāng)T是const類型時(shí)，我們變換成const T，然后只取出T，其他類型時(shí)直接透?jìng)鱐。

同理，用這種方法也可以去除引用：

template <typename T>
struct remove_reference {
    using type = T;
};
template <typename T>
struct remove_reference<T &> {
    using type = T;
};
template <typename T>
struct remove_reference<T &&> {
    using type = T;
};

因此，is_floating_point就可以改寫成這樣：

// 基礎(chǔ)判斷降級(jí)為helper
template <typename>
struct is_floating_point_helper : false_type {};
template <>
struct is_floating_point_helper<float> : true_type {};
template <>
struct is_floating_point_helper<double> : true_type {};
template <>
struct is_floating_point_helper<long double> : true_type {};
// remove_reference和remove_const的聲明
template <typename>
struct remove_const;
template <typename>
struct remove_reference;
// 實(shí)際的is_floating_point
template <typename T>
struct is_floating_point : is_floating_point_helper<typename remove_const<typename remove_reference<T>::type>::type> {};

類型選擇

我們搞這樣一系列的類型封裝，最主要的原因是為了在編譯器進(jìn)行邏輯判斷。因此，必然要進(jìn)行一個(gè)選擇邏輯，也就是當(dāng)條件成立時(shí)，選擇某一個(gè)類型，不成立時(shí)選擇另一個(gè)類型。這個(gè)功能非常好實(shí)現(xiàn)，請(qǐng)看代碼：

template <bool judge, typename T1, typename T2>
struct conditional {
    using type = T1;
};
template <typename T1, typename T2>
struct conditional<false, T1, T2> {
    using type = T2;
};

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)參數(shù)為true時(shí)，type就與T1相同，否則就與T2相同。

判斷是否相同

我們有時(shí)候還需要判斷兩個(gè)類型是否相同，這部分也很好實(shí)現(xiàn)，請(qǐng)看代碼：

template <typename, typename>
struct is_same : false_type {};
template <typename T>
struct is_same<T, T> : true_type {};

tips

其實(shí)按照這些邏輯，我們幾乎可以寫出type_traits中的所有功能了。STL中還實(shí)現(xiàn)了合取、析取、取反等操作，只是將邏輯判斷轉(zhuǎn)為了模板形式，這些用起來(lái)更方便，但不是必須的。大家感興趣可以閱讀這部分源碼。

實(shí)現(xiàn)is_base_of

is_base_of用于判斷兩個(gè)類型是否是繼承關(guān)系，在C++中已經(jīng)存在了對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字用于判斷：

struct B {};
struct D : B {};
struct A {};
int main(int argc, const char *argv[]) {
    std::cout << __is_base_of(B, D) << std::endl; // 1
    std::cout << __is_base_of(B, A) << std::endl; // 0
    return 0;
}

__is_base_of關(guān)鍵字就可以完成這樣的工作，所以我們封裝它為模板即可：

template <typename B, typename D>
struct is_base_of : conditional<__is_base_of(B, D), true_type, false_type> {};

但除了這種直接使用編譯器提供的關(guān)鍵字外，這個(gè)功能還有一種其他的實(shí)現(xiàn)方法。

如何判斷一個(gè)類是否為一個(gè)類的父類呢？其實(shí)就看指針能否轉(zhuǎn)換（多態(tài)）即可。請(qǐng)看代碼：

template <typename B, typename D>
true_type test_is_base(B *);
template <typename B, typename D>
false_type test_is_base(void *);
template <typename B, typename D>
struct is_base_of : decltype(test_is_base<B, D>(static_cast<D *>(nullptr))) {};

如果D是B的子類，那么就會(huì)調(diào)用第一個(gè)函數(shù)，從而推斷出返回值是true_type，否則調(diào)用第二個(gè)函數(shù)，推斷出返回值是false_type。

不過(guò)這樣做還必須加一個(gè)判斷，就是B和D必須都是類才行，而且需要去掉const等因素，詳細(xì)代碼讀者可以自行嘗試，不再贅述。

到此這篇關(guān)于C++超詳細(xì)分析type_traits的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ type_traits內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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