STL源码剖析 __type_traits

最新推荐文章于 2022-12-03 16:22:09 发布

MY CUP OF TEA

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traits编程弥补了C++本身的不足
STL只对迭代器进行规范制定出了iterator_traits，SGI在此基础上进一步扩展，产生了__type_traits
双下划线的含义是这个是SGI内部使用的东西，不属于STL标准
iterator_traits 负责萃取迭代器的特性
__type_traits负责萃取型别特性。比如是否具备non-trivial default ctor? non-trivial copy ctor?non-trivial assignment operator?non-trivial dtor? 如果答案是否定的，就可以对这个型别进行构造、析构、拷贝、赋值等操作时，采取最有效率的措施.
比如根本不调用身居高位的constructor、destructor，直接进行内存层面上的操作，比如malloc()、memcpy()等等，进一步提高效率
__type_traits 允许针对不同的型别属性在编译时期完成函数的派送指定。这对于撰写模板很有帮助，比如对一个元素型别未知的数组进行copy操作的时候，如果事先知道元素的型别是否有一个trivial copy constructor,就可以帮助函数确定是否可以使用memcpy() 或者 memmove()
根据iterator_traits的经验，程序应该采用如下的方式使用__type_traits 其中T代表任意的型别

__type_traits<T>::has_trivial_default_constructor
__type_traits<T>::has_trivial_copy_constructor
__type_traits<T>::has_trivial_assignment_operator
__type_traits<T>::has_trivial_destructor
__type_traits<T>::is_POD_type

上述的公式响应真或者假，从而函数决定采用什么样的处理策略。但是不仅仅是一个bool数值，而应该是一个具备真假性质的对象。因为需要利用它的响应结果来进行参数的推导，而编译器只会对具备class object形式的参数才会进行类型的推导
因此，上述公式应该返回的是如下的形式,这两个空白的classes没有任何的成员，不会带来额外的负担，但是能表明真假，满足需求

struct __true_type{};
struct __false_type{};

为了满足上述的式子，__type_traits必须定义一些typedef ，其类型不是__true_type,就是__false_type
下面是SGI的做法

struct __true_type{};
struct __false_type{};

template <class type>
struct __type_traits{
    /*
     * 不要移除这个成员，他通知"有能力自动将__type_traits特化"的编译器说，现在的
     * 这个__type_traits是特殊的，确保万一编译器也使用一个__type_traits而其实
     * 与此处定义并没有任何关联的模板的时候，不出现错误
     */
    typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first;
    
    /*
     * 遵守以下的约定，因为编译器有可能自动为各个型别产生专属的__type_traits
     * 特化版本
     *    1，可以重新排列以下成员的次序
     *    2，不可以删除以下成员
     *    3，绝对不可以将以下成员重新命名，但是没有改变编译器中对应的名称
     *    4，新加入的成员视为一般成员，除非你在编译器中加上适当的支持
     */
    typedef __false_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __false_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __false_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __false_type has_trivial_destructor;
    typedef __false_type is_POD_type;
};

将所有的内嵌型别都定义为__false_type，默认是最为保守的数值。
随后可以根据每一个标量类型设计适当的__type_traits的特化版本

特化版本

以下针对C++基本型别char \ signed char \ unsigned char \ short \ unsigned short \ int \ unsigned int \ long \ unsigned long \ float \ double \ long double 提供了特化版本，每一个的成员数值都是true_type,即这些型别都可以采用最快速的方式(例如 memcpy) 进行拷贝或者赋值操作
SGI STL<stl_config.h> 将以下出现的__STL_TEMPLATE_NULL d定义为template<> ，是所谓的class template explicit specialization

template<>
struct __type_traits<char>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<signed char>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<unsigned char>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<short>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<unsigned short>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<int>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<unsigned int>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<long>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<unsigned long>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<float>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<double>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<>
struct __type_traits<long double>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

template<class T>
struct __type_traits<T*>{
    typedef __true_type has_trivial_default_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;
    typedef __true_type has_trivial_destructor;
    typedef __true_type is_POD_type;
};

以上内容均将__STL_TEMPLATE_NULL 替换为 template <>

type_traits在SGI STL中使用很广泛例如：uninitialized_fill_n()全局函数、destroy()函数、copy()函数（STL源码剖析110页）,他们的思想都是一样的，分为泛型和偏特化两种模式，进行切换
一个class什么时候应该有自己的 non-trivial default ctor? non-trivial copy ctor?non-trivial assignment operator?non-trivial dtor?简单的判断准则是，如果这个类内含指针成员，并且对它进行内存动态配置，那么这个类就需要自己实现 non trivial XXX，即上述内容