iterator_traits技法

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问题

在 C++ 泛型编程中，如何知道“迭代器所指对象的类型”，以便声明临时变量呢？我们把迭代器所指对象的类型称为value type。

template <class Iterator>
void func(Iterator it)
{
    // 如果我想声明Iterator所指对象类型的临时变量应该怎么办呢？
    // 在这里没有办法！
}

函数模板的参数推导机制

但是可以利用函数模板的参数推导机制来达到目的。

template <class Iterator>
void func(Iterator it)
{
    func_impl(it, *it);		// 将任务交给func_impl完成
}
template <class Iterator, class T>
 
void func_impl(Iterator it, T t)
 
{
 
// 现在T就是Iterator所指对象的类型
 
T tmp;	// 达到目的
 
}
 

这种以func函数为对外接口，实际任务由func_impl函数完成的机制称为分派机制。这种机制可以实现所谓的“C++编译期间的多态”，将在下一篇文章中讲述。

编译器会自然推导出 T 的类型，但是思考有一个新的问题“value type如何用于声明返回类型”？

迭代器的value type

函数模板的参数推导机制不能推断返回值的类型！怎么办呢？那就让迭代器告诉我们吧！

当实现一个Iterator类时，必须指明自己的value type是什么，比如：

template <class T>
struct MyIterator {
    typedef T value_type;	// 自己指定value type是什么
    .......
};

这样，在泛型编程时可以这样获取迭代器的value type

template <class Iterator>
typename Iterator::value_type	// 这一行都是返回类型声明
func(Iterator it)
{
    return *it; 
}

iterator_traits

接下来这个iterator_traits类模板专门用来“萃取”迭代器的特性，而value type正是迭代器特性之一。

template <class Iterator>
struct iterator_traits {
    typedef typename Iterator::value_type value_type;
    ......	// 其他更多特性
}

这个如果iterator_traits的作用是：如果Iterator本身有value type，那么就用它。

在这之后，func函数可以重新写成这样：

template <class Iterator>
typename iterator_traits<Iterator>::value_type	// 这一行都是返回类型声明
func(Iterator it)
{
    return *it; 
}

为什么要多加一层呢？假设每个迭代器的实现者都指定了自己的value type，但并不是每个迭代器都是class，能够通过域作用符访问里面的成员，比如原生指针int*。

int main()
{
    int x = 888;
	func(&x);	// 这样是不可以的
}

偏特化

针对原生指针类型，可以使用偏特化技术，为其定制专门的版本。

template <class T>
struct iterator_traits<T*> {	// 针对原生指针T*的偏特化
    typedef T value_type;
    ......	// 其他更多特性
}
template <class T>
 
struct iterator_traits<const T> {	// 针对原生指针const T的偏特化
 
typedef T value_type;
 
......	// 其他更多特性
 
}
 

原生指针可能还是const T*类型，为了正确推断出T而不是const T，需要为const T*偏特化一个版本。

总结

总之，iterator_traits这个类模板是一台“榨汁机”，专门“萃取”迭代器的各种特性。它能够正常工作的一个重要原因是，设计迭代器的人共同遵守一个约定：自行定义迭代器的相应类型。STL 大家庭都遵守了这个约定，不遵守这个约定就不能兼容这个大家庭。

迭代器的相应类型共有五种，完整的iterator_traits是这样的：

template <class Iterator>
struct iterator_traits {
    typedef typename Iterator::value_type 			value_type;			// 迭代器所指对象的类型
    typedef typename Iterator::iterator_category 	iterator_category;	// 迭代器的类别
    typedef typename Iterator::difference_type 		difference_type;	// 两个迭代器的之间距离
    typedef typename Iterator::pointer 				pointer				// 指向迭代器所指的对象
    typedef typename Iterator::reference 			reference			// 迭代器所指对象的引用
}

正是迭代器的 5 种类型和iterator_traits技法成就了所谓的“C++编译期间的多态”。

最后

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