• __type_traits基本概念
• __type_traits內嵌型別
• __type_traits針對C++標量型別的特化版
• __type_traits在STL中的應用
  • uniitialized_fill_n()全域性函式
  • 負責物件析構的destroy()全域性函式
  • copy()全域性函式
  • 自定義__type_traits特化版

__type_traits基本概念

iterator_traits是STL針對迭代器加以規範，用來萃取迭代器特性的機制。SGI STL把這種技法擴大到迭代器以外的地方，於是有了__type_traits。（雙下劃線表示是內部所用，不在STL標準規範內）

iterator_traits 提供機制，用於萃取迭代器的5個特性：iterator_category（迭代器型別）、value_type（所指物件型別）、difference_type（迭代器做算術運算型別）、pointer（指標型別）、reference（引用型別）。

SGI中，__type_traits位於<type_traits.h>，它提供了一種機制，用於萃取不同型別屬性：在編譯期就能完成函式派生決定（function dispatch）。這對於編寫template很有幫助，比如，當我們準備對一個“元素型別未知”的陣列執行copy操作時，如果能事先知道元素型別是否有一個trivial copy constructor（平凡的拷貝建構函式），就能幫助我們決定是否使用更高效的memcpy()或memmove()。

__type_traits內嵌型別

程式中，可以這樣應用__type_traits，T代表任意型別：

__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 // POD: Plain Old Data
 

上面的式子，返回的是“真”或“假”，便於我們決定採用上面策略，但結果不是bool值，而是有著真/假屬性的“物件”，因為我們希望編譯器可以在編譯期，就利用響應結果來進行引數推導，而編譯器只有面對class object形式的引數，才會做引數型別推導。因此，上面式子應該傳回這樣的東西：

// 用作真、假的標記類
struct __true_type {};
struct __false_type {};

這兩個空白的class沒有任何成員，僅作為標記類，不會帶來任何負擔。

為了達成上面5個式子，在__type_traits內定義一些typedefs，其（返回）值不是__true_type，就是__false_type。下面是SGI的做法：

template<class type>
struct __type_traits
{
  typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first;
  /* 不要移除這個成員，它通知“有能力自動將__type_traits特化的編譯器說，
  我們現在看到的這個__type_traits template是特殊的。這是為了確保萬一編譯器也使用一個名為__type_traits而其實與此處定義無任何關聯的template時，所有事情仍將順利運作”*/

  /* 以下條件應該遵守，因為編譯器有可能自動為各型別專屬的__type_traits特化版本：
    - 你可以重新安排以下的成員次序
    - 你可以移除以下任何成員
    - 絕對不可以將以下成員重新命名而沒有改變編譯器中對應名稱
    - 新加入的成員會被視為一般成員，除非你在編譯期中加上適當支援
   */
  typedef __false_type has_trivial_default_constructor;
  typedef __false_type has_trivail_copy_constructor;
  typedef __false_type has_trivail_assignment_constructor;
  typedef __false_type has_trivail_destructor;
  typedef __false_type is_POD_type; // POD: Plain Old Data
};

為什麼SGI把所有__type_traits的內嵌型別都定義為__false_type？
因為SGI定義出最保守的值，然後，再針對每個標量型別（scalar types）設計適當的__type_traits特化版本。

__type_traits可以接受任何型別的引數，5個typedefs將經由以下管道獲得實值：

• 一般具現（general instantiation），內含對所有型別都必定有效的保守值。比如，上面各個has_trivial_xxx型別都被定義為__false_type，就是對所有型別都有效的保守值。
• 經過宣告的特化版本，例如<type_traits.h>中對所有C++標量型別（scalar types）（指bool/char/int/float/double等基本型別）都提供了對應特化宣告。
• 某些編譯器自動為所有型別提供適當的特化版本。

__type_traits針對C++標量型別的特化版

/* 以下針對C++基本型別char, signed char, unsignedchar, short, unsigned short,
int, unsigned int, long, unsigned long, float, double, long double 提供特化版本.
注意, 每個成員的值都是__true_type, 表示這些型別都可採用最快速方式(如memcpy)來進行拷貝(copy)或賦值(assign) */

#   define __STL_TEMPLATE_NULL template<>

__STL_TEMPLATE_NULL struct __type_traits<bool> {
   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;
};

#endif /* __STL_NO_BOOL */

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

__STL_TEMPLATE_NULL 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;
};

...

__type_traits在STL中的應用

__type_traits在SGI STL中應用很廣泛，舉幾個例子，前面這篇文章也提到過SGI STL記憶體基本處理工具：uninitialized_copy/uninitialized_fill/uninitialized_fill_n
，也有POD型別介紹。本文只挑選跟__type_traits有關的重點講。

uniitialized_fill_n()全域性函式

// __type_traits應用: uninitialized_fill_n()
template<class ForwardIterator, class Size, class T>
inline ForwardIterator uninitialized_fill_n(ForwardIterator first, Size n, const  T& x) {
       return __uninitialized_fill_n(first, n, x, value_type(first));
}

uninitialized_fill_n()函式以x為初始化元素，自迭代器first開始構造n個元素。為求取最大效率，首先用value_type()萃取出迭代器first的value type，再用__type_traits 判斷該型別是否為POD型別：

// __type_traits萃取T的is_POD_type特性，判斷是否為POD型別
// 利用__type_traits判斷該型別是否為POD型別
template<class ForwardIterator, class Size, class T, class T1>
inline ForwardIterator __uninitialized_fiil_n(ForwardIterator first, Size n, const  T& x, T1*) {
       typedef typename __type_traits<T1>::is_POD_type is_POD;
       return __uninitialized_fiil_n_aux(first, n, x, is_POD);
}

下面就“是否為POD型別”採取最適當的措施：

// 如果不是POD型別, 就派送(dispatch)到這裡
template<class ForwardIterator, class Size, class T>
ForwardIterator __uninitialized_fill_n_aux(ForwardIterator first, Size n, const T&  x, __false_type) {
  ...
}

// 如果是POD型別, 就會派送(dispatch)到這裡.
template<class ForwardIterator, class Size, class T>
inline ForwardIterator ___uninitialized_fill_n_aux_(ForwardIterator first, Size n,  const T& x, __true_type) {
  ...
}

// 以下定義於<stl_algobase.h>中的fill_n()
template<class OutputIterator, class Size, class T>
OutputIterator fill_n(OutputIterator first, Size n, const T& value) {
  ...
}

負責物件析構的destroy()全域性函式

// destroy()第一個版本, 接受一個指標
template<class T>
inline void destroy(T* pointer) {
  ...
}

// destroy()第二個版本, 接受兩個迭代器. 次函式設法找出元素的數值型別,
// 進而利用__type_traits<>求取最適當措施
template<class ForwardIterator>
inline void destroy(ForwardIterator first, ForwardIterator last) {
  __destroy(first, last, value_type(first));
}

// __type_traits 萃取T的has_trivial_destructor特性, 判斷是否為平凡解構函式
// 判斷元素的數值型別(value type)是否有trivial destructor
template<class ForwardIterator, class T>
inline void __destroy(ForwardIterator first, ForwardIterator last, T*) {
  typedef typename __type_traits<T>::has_trivial_destructor  trivial_destructor;
  __destroy_aux(first, last, trivial_destructor());
}

// 如果元素的數值型別(value type)有non-trivial destructor, 則派送(dispatch)到這裡
template<class ForwardIterator>
inline void __destroy_aux(ForwardIterator first, ForwardIterator last,  __false_type) {
  ...
}

// 如果元素的數值型別(value type)有trivial destructor, 則派送(dispatch)到這裡
template<class ForwardIterator>
inline void __destroy_aux(ForwardIterator first, ForwardIterator last,  __true_type) {
}

copy()全域性函式

copy()全域性函式用於拷貝。

// 利用__type_traits萃取T的has_trivial_copy_constructor特性，判斷是否為平凡copy建構函式
// 拷貝一個數組, 其元素為任意型別, 視情況採用最有效率的拷貝手段
template<class T> inline void copy(T* source, T* destination, int n) {
       copy(source, destination, n, typename  __type_traits<T>::has_trivial_copy_constructor());
}

// 拷貝一個數組, 其元素型別擁有non-trivial copy constructors, 則dispatch到這裡
template<class T> void copy(T* source, T* destination, int n, __false_type) {
       // ...
}

// 拷貝一個數組, 其元素型別擁有trivial copy constructors, 則dispatch到這裡
// 可藉助memcpy()完成工作
template<class T> void copy(T* source, T* destination, int n, __true_type) {
       // ...
}

自定義__type_traits特化版

通常，不應該直接使用__type_traits，STL內部使用。正如SGI <type_traits.h>內部有這樣的宣告：

/* NOTE: This is an internal header file, included by other STL headers.
 * You should not attempt to use it directly.
 */

因為，編譯器通常會自動為class生成這些特性，這些特性取決於自定義class是否包含trivial default constructor，trivial copy constructor，trivial assignment operator，或者trivial destructor。但有些古老的編譯器，可能並不能為class生成這些特性，導致即使是POD型別，但萃取出來的特性依然是__false_type。此時，需要自行設計一個__type_traits特化版本，明確告訴編譯器該class具有哪些特性：

// 假設自定義class名為Shape
// 針對Shape設計的__type_traits特化版本
template<> struct __type_traits<Shape> {
    typedef __true_type  has_trivial_default_constructor; // 告訴編譯器Shape擁有trivial default constructor
    typedef __false_type has_trivial_copy_constructor;
    typedef __false_type has_trivial_assignment_constructor;
    typedef __false_type has_trivial_destructor;
    typedef __false_type is_POD_type;
};

如何判斷一個class什麼時候有自己的non-trivial default constructor，non-trivial copy constructor，non-trivial assignment operator，non-trivial destructor？
一個簡單判斷原則：如果class內含指標成員，並且進行了動態記憶體配置，那麼該class就需要實現出自己的non-trivial-xxx。