模板：什么是Traits

Traits不是一种语法特性，而是一种模板编程技巧。Traits在C++标准库，尤其是STL中，有着不可替代的作用。

 

如何在编译期间区分类型

 

下面我们看一个实例，有四个类，Farm、Worker、Teacher和Doctor，我们需要区分他们是脑力劳动者还是体力劳动者。以便于做出不同的行动。

这里的问题在于，我们需要为两种类型提供一个统一的接口，但是对于不同的类型，必须做出不同的实现。

我们不希望写两个函数，然后让用户去区分。

于是我们借助了函数重载，在每个类的内部内置一个work_type，然后根据每个类的word_type，借助强大的函数重载机制，实现了编译期的类型区分，也就是编译期多态。

代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

//两个标签类
struct brain_worker {}; //脑力劳动
struct physical_worker {}; //体力劳动

class Worker
{
public:
    typedef physical_worker worker_type;
};

class Farmer
{
public:
    typedef physical_worker worker_type;
};

class Teacher
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};

class Doctor
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};

template <typename T>
void __distinction(const T &t, brain_worker)
{
    cout << "脑力劳动者" << endl;
}

template <typename T>
void __distinction(const T &t, physical_worker)
{
    cout << "体力劳动者" << endl;
}

template <typename T>
void distinction(const T &t)
{
    typename T::worker_type _type; //为了实现重载
    __distinction(t, _type);
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    Worker w;
    distinction(w);
    Farmer f;
    distinction(f);
    Teacher t;
    distinction(t);
    Doctor d;
    distinction(d);
    return 0;
}

在distinction函数中，我们先从类型中提取出worker_type，然后根据它的类型，选取不同的实现。

 

问题来了，如果不在类中内置worker_type，或者有的类已经写好了，无法更改了，那么怎么办？

 

使用Traits

 

我们的解决方案是，借助一种叫做traits的技巧。

我们写一个模板类，但是不提供任何实现：

//类型traits 
template <typename T>
class TypeTraits;

然后我们为每个类型提供一个模板特化：

//为每个类型提供一个特化版本
template <>
class TypeTraits<Worker>
{
public:
    typedef physical_worker worker_type;
};

template <>
class TypeTraits<Farmer>
{
public:
    typedef physical_worker worker_type;
};

template <>
class TypeTraits<Teacher>
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};

template <>
class TypeTraits<Doctor>
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};

然后在distinction函数中，不再是直接寻找内置类型，而是通过traits抽取出来。

template <typename T>
void distinction(const T &t)
{
    //typename T::worker_type _type;
    typename TypeTraits<T>::worker_type _type;
    __distinction(t, _type);
}

 

上面两种方式的本质区别在于，第一种是在class的内部内置type，第二种则是在类的外部，使用模板特化，class本身对于type并不知情。

 

两种方式结合

 

上面我们实现了目的，类中没有work_type时，也可以正常运行，但是模板特化相对于内置类型，还是麻烦了一些。

于是，我们仍然使用内置类型，也仍然使用traits抽取work_type，方法就是为TypeTraits提供一个默认实现，默认去使用内置类型，把二者结合起来。

这样我们去使用TypeTraits<T>::worker_type时，有内置类型的就使用默认实现，无内置类型的就需要提供特化版本。

class Worker
{
public:
    typedef physical_worker worker_type;
};

class Farmer
{
public:
    typedef physical_worker worker_type;
};

class Teacher
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};

class Doctor
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};


//类型traits 
template <typename T>
class TypeTraits
{
public:
    typedef typename T::worker_type worker_type;
};

OK，我们现在想添加一个新的class，于是我们有两种选择，

一是在class的内部内置work_type，通过traits的默认实现去抽取type。

一种是不内置work_type，而是通过模板的特化，提供work_type。

例如：

class Staff
{
};

template <>
class TypeTraits<Staff>
{
public:
    typedef brain_worker worker_type;
};

测试仍然正常：

Staff s;
distinction(s);

 

 

进一步简化

 

这里我们考虑的是内置的情形。对于那些要内置type的类，如果type个数过多，程序编写就容易出现问题，我们考虑使用继承，先定义一个base类：

template <typename T>
struct type_base
{
    typedef T worker_type;
};

所有的类型，通过public继承这个类即可：

class Worker : public type_base<physical_worker>
{
};

class Farmer : public type_base<physical_worker>
{
};

class Teacher : public type_base<brain_worker>
{
};

class Doctor : public type_base<brain_worker>
{
};

 

看到这里，我们应该明白，traits相对于简单内置类型的做法，强大之处在于：如果一个类型无法内置type，那么就可以借助函数特化，从而借助于traits。而内置类型仅仅使用于class类型。

 

以STL中的迭代器为例，很多情况下我们需要辨别迭代器的类型，

例如distance函数计算两个迭代器的距离，有的迭代器具有随机访问能力，如vector，有的则不能，如list，我们计算两个迭代器的距离，就需要先判断迭代器能否相减，因为只有具备随机访问能力的迭代器才具有这个能力。

我们可以使用内置类型来解决。

可是，许多迭代器是使用指针实现的，指针不是class，无法内置类型，于是，STL采用了traits来辨别迭代器的类型。

 

最后，我们应该认识到，traits的基石是模板特化。

 

下篇文章，我们使用traits，来辨别一个类型是否是pod类型。