Item 47：使用 Traits 类提供类型信息
STL迭代器回顾
- 最简单的迭代器是输入迭代器（input iterator）和输出迭代器（output iterator）， 它们只能向前移动，可以读取/写入它的当前位置，但只能读写一次。比如 ostream_iterator 就是一个输出迭代器。
- 比它们稍强的是前向迭代器（forward iterator），可以多次读写它的当前位置。 单向链表（slist，STL 并未提供）和 TR1 哈希容器的迭代器就属于前向迭代器。
- 双向迭代器（bidirectional iterator）支持前后移动，支持它的容器包括 set, multiset, map, multimap。
- 随机访问迭代器（random access iterator）是最强的一类迭代器，可以支持 +=, -= 等移动操作，支持它的容器包括 vector, deque,string 等。
Tag 结构体
对于上述五种迭代器，C++ 提供了五种 Tag 来标识迭代器的类型，它们之间是 ”is-a” 的关系：
struct input_iterator_tag {};
struct output_iterator_tag {};
struct forward_iterator_tag: public input_iterator_tag {};
struct bidirectional_iterator_tag: public forward_iterator_tag {};
struct random_access_iterator_tag: public bidirectional_iterator_tag {};
STL 提供了很多的容器、迭代器和算法，其中的 advance 便是一个通用的算法，可以让一个迭代器移动 n 步，它的实现方式显然取决于 Iter 的类型：
template<typename IterT, typename DistT>
void advance(IterT& iter, DistT d){
if (iter is a random access iterator) {
iter += d; // use iterator arithmetic
} // for random access iters
else {
if (d >= 0) { while (d--) ++iter; } // use iterative calls to
else { while (d++) --iter; } // ++ or -- for other
} // iterator categories
}
怎么得到 Iter 的类型呢？这正是 traits 的作用。
Traits
traits 允许我们在编译期得到类型的信息。traits 并非一个关键字，而是一个编程惯例。
traits 的另一个需求在于 advance 对与基本数据类型也能正常工作，比如 char*。所以 traits 不能借助类来实现， 于是我们把 traits 放到模板中。比如：
template<typename IterT> // template for information about
struct iterator_traits; // iterator types
iterator_traits<IterT> 将会标识 IterT 的迭代器类别。iterator_traits 的实现包括两部分：
- 用户定义类型的迭代器
- 基本数据类型的指针
用户类型的迭代器
在用户定义的类型中，typedef 该类型支持迭代器的 Tag，例如 deque 支持随机迭代器：
template < ... > // template params elided
class deque {
public:
class iterator {
public:
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
}:
};
然后在全局的 iterator_traits 模板中 typedef 那个用户类型中的 Tag，以提供全局和统一的类型识别。
template<typename IterT>
struct iterator_traits {
typedef typename IterT::iterator_category iterator_category;
};
基本数据类型的指针
上述办法对基本数据类型的指针是不起作用的，我们总不能在指针里面 typedef 一个Tag吧？ 其实这时只需要偏特化 iterator_traits，因为内置类型指针都是可以随机访问的：
template<typename IterT> // partial template specialization
struct iterator_traits<IterT*>{
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
};
你已经看到了实现一个 traits 类的整个过程：
-
确定你希望提供的类型信息。比如你希望提供 deque 的 iterator 类型；
-
为那个信息起一个名字。比如 iterator_catetory；
-
提供一个模板以及必要的特化，来包含你希望提供的类型信息。比如 iterator_traits。
advance的实现
我们已经用 iterator_traits 提供了迭代器的类型信息，是时候给出 advance 的实现了。
template<typename IterT, typename DistT>
void advance(IterT& iter, DistT d) {
if (typeid(typename std::iterator_traits<IterT>::iterator_category) ==
typeid(std::random_access_iterator_tag))
...
}
上述实现其实并不完美，至少 if 语句中的条件在编译时就已经决定，它的判断却推迟到了运行时（显然是低效的）。 在编译时作此判断，需要为不同的 iterator 提供不同的方法，然后在 advance 里调用它们。
template<typename IterT, typename DistT>
void advance(IterT& iter, DistT d) {
doAdvance(iter, d,typename std::iterator_traits<IterT>::iterator_category());
}
// 随机访问迭代器
template<typename IterT, typename DistT>
void doAdvance(IterT& iter, DistT d, std::random_access_iterator_tag) {
iter += d;
}
// 双向迭代器
template<typename IterT, typename DistT>
void doAdvance(IterT& iter, DistT d, std::bidirectional_iterator_tag) {
if (d >= 0) { while (d--) ++iter; }
else { while (d++) --iter; }
}
// 输入迭代器
template<typename IterT, typename DistT>
void doAdvance(IterT& iter, DistT d, std::input_iterator_tag) {
if (d < 0 ) {
throw std::out_of_range("Negative distance"); // see below
}
while (d--) ++iter;
}
总结
- traits classes 使关于类型的信息在编译期间可用。它们使用模板和模板特化实现。
- 结合重载，traits classes 使得执行编译期类型 if...else 检验成为可能。
