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C++ 标准库源代码剖析 Type Traits

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简介

Trait在英语中特指a particular quality of your personality，大致相当于汉语中的逼格的意思。那C++的**逼格又是什么呢？C++之父Bjarne Stroustrup 对此的解释是：

Think of a trait as a small object whose main purpose is to carry information used by another object or algorithm to determine policy or implementation details.

翻译成人话就是：

trait 是一个小型对象，它的主要目的就是携带信息，而这些信息会被其它的对象或算法使用，用来决定某个 policy 或implementation 的细节

Trait在标准库中大量运用，比如我们熟悉的C++ 98 STL中的iterator trait、char trait等。C++ 11又增加了type trait。

C++ 11 Type Traits

基础类型分类
is_void(C++11) 检查类型是否为 void (类模板)
is_null_pointer(C++14) 检查类型是否为 std::nullptr_t (类模板)
is_integral(C++11) 检查类型是否为整型 (类模板)
is_floating_point(C++11) 检查类型是否是浮点类型 (类模板)
is_array(C++11) 检查类型是否是数组类型 (类模板)
is_enum(C++11) 检查类型是否是枚举类型 (类模板)
is_union(C++11) 检查类型是否为联合体类型 (类模板)
is_class(C++11) 检查类型是否非联合类类型 (类模板)
is_function(C++11) 检查是否为函数类型 (类模板)
is_pointer(C++11) 检查类型是否为指针类型 (类模板)
is_lvalue_reference(C++11) 检查类型是否为左值引用 (类模板)
is_rvalue_reference(C++11) 检查类型是否为右值引用 (类模板)
is_member_object_pointer(C++11) 检查类型是否为指向非静态成员对象的指针 (类模板)
is_member_function_pointer(C++11) 检查类型是否为指向非静态成员函数的指针 (类模板)
复合类型分类
is_fundamental(C++11) 检查是否是基础类型 (类模板)
is_arithmetic(C++11) 检查类型是否为算术类型 (类模板)
is_scalar(C++11) 检查类型是否为标量类型 (类模板)
is_object(C++11) 检查是否是对象类型 (类模板)
is_compound(C++11) 检查是否为复合类型 (类模板)
is_reference(C++11) 检查类型是否为左值引用或右值引用 (类模板)
is_member_pointer(C++11) 检查类型是否为指向非静态成员函数或对象的指针类型 (类模板)
类型的性质
is_const(C++11) 检查类型是否为 const 限定 (类模板)
is_volatile(C++11) 检查类型是否为 volatile 限定 (类模板)
is_trivial(C++11) 检查类型是否平凡 (类模板)
is_trivially_copyable(C++11) 检查类型是否可平凡复制 (类模板)
is_standard_layout(C++11) 检查是否是一个标准布局类型 (类模板)
is_pod(C++11)(C++20 中弃用) 检查类型是否为简旧数据（POD）类型 (类模板)
is_literal_type(C++11)(C++17 中弃用)(C++20 中移除) 检查类型是否为字面类型 (类模板)
has_unique_object_representations(C++17) 检查是否该类型对象的每一位都对其值有贡献 (类模板)
is_empty(C++11) 检查类型是否为类（但非联合体）类型且无非静态数据成员 (类模板)
is_polymorphic(C++11) 检查类型是否为多态类类型 (类模板)
is_abstract(C++11) 检查类型是否为抽象类类型 (类模板)
is_final(C++14) 检查类型是否为 final 类类型 (类模板)
is_aggregate(C++17) 检查类型是否聚合类型 (类模板)
is_signed(C++11) 检查类型是否为有符号算术类型 (类模板)
is_unsigned(C++11) 检查类型是否为无符号算术类型 (类模板)
is_bounded_array(C++20) 检查类型是否为有已知边界的数组类型 (类模板)
is_unbounded_array(C++20) 检查类型是否为有未知边界的数组类型 (类模板)
is_scoped_enum(C++23) 检查类型是否为有作用域枚举类型 (类模板)
受支持操作
is_constructibleis_trivially_constructibleis_nothrow_constructible(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否带有针对特定实参的构造函数 (类模板)
is_default_constructibleis_trivially_default_constructibleis_nothrow_default_constructible(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否有默认构造函数 (类模板)
is_copy_constructibleis_trivially_copy_constructibleis_nothrow_copy_constructible(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否拥有复制构造函数 (类模板)
is_move_constructibleis_trivially_move_constructibleis_nothrow_move_constructible(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否能从右值引用构造 (类模板)
is_assignableis_trivially_assignableis_nothrow_assignable(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否拥有针对特定实参的赋值运算符 (类模板)
is_copy_assignableis_trivially_copy_assignableis_nothrow_copy_assignable(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否拥有复制赋值运算符 (类模板)
is_move_assignableis_trivially_move_assignableis_nothrow_move_assignable(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否有拥有移动赋值运算符 (类模板)
is_destructibleis_trivially_destructibleis_nothrow_destructible(C++11)(C++11)(C++11) 检查类型是否拥有未被弃置的析构函数 (类模板)
has_virtual_destructor(C++11) 检查类型是否拥有虚析构函数 (类模板)
is_swappable_withis_swappableis_nothrow_swappable_withis_nothrow_swappable(C++17)(C++17)(C++17)(C++17) 检查一个类型的对象是否能与同类型或不同类型的对象交换 (类模板)
性质查询
alignment_of(C++11) 获取类型的对齐要求 (类模板)
rank(C++11) 获取数组类型的维数 (类模板)
extent(C++11) 获取数组类型在指定维度的大小 (类模板)

std::integral_constant

  • integral_constant是一个用于包装目的的类。
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template <class T, T _Val>
struct integral_constant 
{
	static constexpr T value = _Val;
	using value_type = T;
	using type = integral_constant;
	constexpr operator value_type() const noexcept 
	{
		return value;
	}
	constexpr value_type operator()() const noexcept
	{
		return value;
	}
};
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cout << std::integral_constant<int,15>::value << endl;
cout << std::integral_constant<bool, true>::value << endl;
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  • 通过integral_constant的包装，把 !std::is_union::value 这个值（0）包装成了一个类型

    ：

    • std::integral_constant<bool, !std::is_union::value>

  • 在很多需要用到类型的场合（比如函数返回类型中）就可以使用这个类型。

  • 注意：!std::is_union::value值在编译时就能确定。

is_void

is_const

is_const检查一个类型声明有没有const修饰符

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template<class T>
struct is_const : public false_type {};

// 针对const类型的特化版本
template<class T>
struct is_const<const T> : public true_type {};

这个没啥难度，无非就是个模板特化罢了。

is_class

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template <class _Tp> struct  is_class
    : public integral_constant<bool, __is_class(_Tp)> {};
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template <class _Tp, _Tp __v>
struct  integral_constant
{
  static  const _Tp      value = __v;
  typedef _Tp               value_type;
  typedef integral_constant type;
  
   operator value_type() const  {return value;}

  
  constexpr value_type operator ()() const  {return value;}
#endif
};
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template<class T, T v>
    struct integral_constant{
    static constexpr T value = v;
    typedef T value_type;
    typedef integral_constant type;
    constexpr operator value_type() const noexcept {
        return value;
    }
};

namespace detail {
    template <class T> char test(int T::*);   //this line
    struct two{
        char c[2];
    };
    template <class T> two test(...);         //this line
}

//Not concerned about the is_union<T> implementation right now
template <class T>
struct is_class : std::integral_constant<bool, sizeof(detail::test<T>(0))==1 
                                                   && !std::is_union<T>::value> {};

C++ 14 Type Traits

C++ 17 Type Traits

C++ 20 Type Traits