C++11/14 Boost探祕--類型特徵萃取

[TOC] >type_traits已經成爲了c++11/14標準的一部分，頭文件爲<type_traits>，該庫實現了c++無法完成的特徵萃取機功能，是泛型和模板編程基礎設施。 >爲了方便查看結果，後面測試全部返回true。 # 概述 type_traits庫提供一組特徵類，可以在編譯器確定類型或者說是元數據是否擁有某特徵，是否支持原生數組，是否是證書，是否重載某運算符，檢查是否同一類型，還有添加或移除const，volatitle等 # 元數據類型 ## 簡單數據類型檢查 - is_integral<T> : 檢查T是否爲bool，char，int等整形 - is_floating_point<T> : 檢查T是否爲浮點型 - is_void<T> : 檢查T是否爲void類新型 ``` std:: cout << (std::is_integral<const char>::value) << "\n"; std::cout << (!std::is_integral<void*>::value) << "\n"; ``` ## 其他類型檢查 - is_array<T> - is_class<T> - is_enum<T> - is_union<T> - is_pointer<T> - is_function<T> - is_lvalue_reference<T> - is_rvalue_reference<T> ``` std::cout << (std::is_array<int[]>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_class<std::string>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_class<class Demo>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_pointer<int*>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_function<void(int)>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_lvalue_reference<float&>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_rvalue_reference<float&&>::value) << "\n"; ``` ## 成員指針檢查 - is_member_opject_pointer<T> : 成員變量指針 - is_menber_function_pointer<T> : 成員函數指針 ``` class Demo { int x; double y; void z() {}; std::function<void()> f = std::bind(&Demo::z,this); }; std::cout << (std::is_member_object_pointer<int Demo::*>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_member_object_pointer < std::function<void()> Demo::*>::value) << "\n"; std::cout << (std::is_member_function_pointer<void(Demo::*)()>::value) << "\n"; ``` ## 複合類型檢查 - is_reference<T> : 左右引用 - is_arithmetic<T> : 算術類型（is_integral<T>||is_float_pointer<T>） - is_fundamental<T> : 基本類型(is_arithmetic<T> || is_void<T>) - is_compound<T> : 複合類型(!is_fundamental<T>),std::string是複合類型 - is_member_pointer : 成員函數或成員變量 - is_scalar<T> : 標量類型，算數類型，枚舉，指針，成員指針 - is_object<T> 實體對象類型，引用，void和函數之外 # 元數據屬性 ## 基本修飾詞 - is_const<T> - is_volatile<T> - is_signed - is_unsigned ## 數組屬性 - rank<T> : 如果是數組，返回維度，否則返回0 - extent<T,N> : 如果是數組，返回第N維度的值，否則返回0 ``` std::cout << (std::rank<int[2][3]>::value == 2) << "\n"; std::cout << (std::extent<int[2][3], 1>::value == 3) << "\n"; ``` ## 類相關屬性 - is_pod<T> : 是否爲POD類型，is_fundamental<T>::value==true成立的都是POD類型，複合類型的POD沒有構造函數，虛構函數，虛函數，內存是連續的 - is_empty<T> : 空類 - is_abstract<T> : 抽象類（純虛函數） - is_polymorphic<T> : 多態類（虛函數） - is_final<T> : final類 ## 操作符重載屬性 - has_greater<t> : 重載operator> - has_less<T> - has_equal_to<T> - has_plus<T> : operator+ - has_minus<T> - has_pre_increment<T> : operator++ # 元數據關係檢查 - is_same<T> ： 是否相同 - is_convertible<From,To> : 是否能隱式轉換 - is_base_of<B,D> : B是D基類或者相同 - is_virtual_base_of<B,D> : B是D虛基類，非c++11/14標準 # 元數據運算 添加和刪除各種修飾符，輸入一個類型，輸出一個新的類型type，可以隨意處理c++類型 ## 元數據“加法” - add_const<T> : 返回T const - add_volatile<T> : 返回T volatile - add_cv<T> : 返回T const volatile - add_pointer<T> : 返回T* - add_lvalue_reference<T> : 對象或者函數類型返回左值引用，通常是T&，否則是T - add_lvalue_reference<T> : 對象和函數返回右值引用，通常T&&，否則T ``` typedef std::add_const<int>::type md1; std::cout << (std::is_same<md1, int const>::value) << "\n"; typedef std::add_volatile<int const>::type md2; std::cout << (std::is_same<md2, int const volatile>::value) << "\n"; typedef std::add_pointer<int>::type md3; std::cout << (std::is_same<md3, int *>::value) << "\n"; typedef std::add_lvalue_reference<md3>::type md4; std::cout << (std::is_same<md4, int *&>::value) << "\n"; typedef std::add_rvalue_reference<void>::type md5; std::cout << (std::is_void<md5>::value) << "\n"; ``` # 元數據“刪除” - remove_const<T> - remove_volatile<T> - remove_cv<T> - remove_pointer<T> - remove_reference<T> ``` typedef int const **& rmd1; typedef std::remove_pointer<rmd1>::type rmd2; std::cout << (std::is_same<rmd1, rmd2>::value) << "\n"; //該變量是雙指針引用，需要先移除引用 typedef std::remove_reference<rmd2>::type rmd3; std::cout << (std::is_same<rmd3, int const **>::value) << "\n"; typedef std::remove_pointer<std::remove_pointer<rmd3>::type>::type rmd4; std::cout << (std::is_same<rmd4, int const>::value) << "\n"; typedef std::remove_const<rmd4>::type rmd5; std::cout << (std::is_same<rmd5, int>::value) << "\n"; ``` ## 處理算術類型 - make_signed<T> : 返回T的有符號證書類型，cv修飾不變 - make_unsigned<T> ## 處理數組類型 - remove_extend<T> : 刪除最高層維度 - remove_all_extents<T> : 刪除所有維度，返回0維普通類型 ``` typedef std::remove_extent<int[1][2][5][7]>::type re1; std::cout << (std::is_same<re1, int[2][5][7]>::value) << "\n"; typedef std::remove_all_extents<int[1][5][7]>::type re2; std::cout << (std::is_same<re2, int>::value) << "\n"; ``` ## “？：”和共同類型 - conditional<b,T,U> ： 類似於“？：”，類似於mpl::if_C - common_type<T,...> : 求多個類型的公共類型（類似於數字的最小公倍數） ``` typedef std::common_type<int, char>::type ct1; std::cout << (std::is_same<ct1, int>::value) << "\n"; typedef std::common_type<int, double>::type ct2; std::cout << (std::is_same<ct2, double>::value) << "\n"; //typedef std::common_type<int, std::string>::type ct3;//編譯錯誤 ``` # 實現原理 ## inregral_constant 很多值元函數都是用了元函數轉發技術，把元參數轉發給integral_constant計算，該類也是很多類的的public基類。 源碼: ``` template<typename T, T val> struct integral_constant { static const T value = val; typedef T value_type; typedef integral_constant<T, val> type; constexpr operator value_type() const _NOEXCEPT { return (value); } constexpr value_type operator()() const _NOEXCEPT { return(value); } }; ``` type_traits庫中提供了以下兩個針對bool元數據特化的無參元函數true_type和false_type,看起來像SGI stl中實現的__true_type和__false_type: ``` typedef integral_constant<bool, true> true_type; typedef integral_constant<bool, false> false_type; ``` ## is_integral `is_integral`使用了模板特化技術，對非整數的類型元函數的::value返回false,否則特化地返回true,代碼如下: ``` template<typename T> struct is_integral :public false_type {}; template<> struct is_integral<bool> :public true_type {}; template<> struct is_integral<char> :public true_type {}; template<> struct is_integral<unsigned int> :public true_type {}; template<> struct is_integral<signed int> :public true_type {}; ``` ## is_same的實現 ``` template<typename T, typename U> struct myis_same :public false_type {}; template<typename T> struct myis_same<T,T> :public true_type {}; ``` ## is_void實現 ``` template<typename T> struct is_void : is_same<void, typename std::remove_cv<T>::type> {}; ``` ## is_float_pointer實現 ``` template<typename T > struct is_floating_point : integral_constant<bool, (is_same<float, typename std::remove_cv<T>::type>::value || is_same<double, typename std::remove_cv<T>::type>::value || is_same<long double, typename std::remove_cv<T>::type>::value)>{}; ``` ## is_array實現 ``` template<typename T> struct is_array :public false_type {}; template<typename T> struct is_array<T[]> :public true_type {}; template<typename T,std::size_t N> struct is_array<T[N]> :public true_type {}; ``` ## is_pointer實現 ``` template<typename T> struct is_pointer_helper :public false_type {}; template<typename T> struct is_pointer_helper<T*> :public true_type {}; template<typename T> struct is_pointer :public is_pointer_helper<typename std::remove_cv<T>::type> {}; ``` ## is_member_pointer實現 ``` template<typename T> struct is_member_pointer_helper :public false_type {}; template<typename T,class U> struct is_member_pointer_helper<T (U::*)> :public true_type {}; template<typename T> struct is_member_pointer :public is_member_pointer_helper<typename std::remove_cv<T>::type> {}; ``` 測試： ``` std::cout << (expr::is_member_pointer<int demo1::*>::value ? "is member pointer\n" : "is not member pointer\n"); std::cout << (expr::is_member_pointer<int(demo2::*)>::value ? "is member pointer\n" : "is not member pointer\n"); 輸出： is member pointer is member pointer ``` > 並不是判斷類T中是否真的有返回值爲int的函數，或者是否有int型變量，而是隻是判斷T這個寫法是否是成員函數指針、指向成員變量指針類型。 ## is_class實現 ``` template<typename T> char check(int T::*) {}; //T是class，struct，返回一個大小的char struct two { char c[2]; }; template<typename T> two check(...) {}; //T是非class ，struct返回兩個大小的char //is_union，排除union體 template<typename T> struct is_class :public integral_constant<bool, sizeof(check<T>(0)) == 1 && !std::is_union<T>::value>{}; ``` ## is_base_of實現 ``` template<typename Based,typename Derived,bool = (is_class<Based>::value && is_class<Derived>::value)> class is_base_of { template<typename T> static char helper(Derived, T) {}; static int helper(Based, int) {}; struct Conv { operator Derived(); operator Based() const; }; public: static const bool value = sizeof(helper(Conv(),0)) == 1; }; template<typename Based,typename Derived> class is_base_of<Based,Derived,false> { public: static const bool value = is_same<Based, Derived>::value; }; ``` - operator Devied() 是類型轉換操作符，將類類型值轉變爲其他類型值的轉換，在保留字 operator 之後跟着轉換的目標類型，詳細參考類型強制轉換成員函數; - 當 Base 不是Devied 的超類時，那 operator Devied() 和 operator Base() const 則不是重載關係了；接下來，兩個函數類型轉換函數都可以匹配 helper(Conv(), 0) ，因爲 operator Devied() 滿足 static char helper(Devied, T); operator Base() const 滿足 static int helper(Base, int)；但是由於優先匹配非模板的函數的規則，在這裏會匹配 static int helper(Base, int)；Conv()會轉換成Base，helper(Conv(), 0) 返回的類型是int，最後 sizeof(int) != 1 。 - 當 Base 是Devied 的超類時，那 operator Devied() 和 operator Base() const 則是重載 關係。那由於 Conv() 不是const類型，只能調用 operator Devied() 做類型轉換，最後只能匹配 static char helper(Devied, T); 返回的類型是char，最後 sizeof(char) == 1 。 參考1:[C++ is_base_of](https://www.jianshu.com/p/ad9f900d0c47) 參考2:[【C++11學習筆記】類型判斷的type_traits學習](https://www.cnblogs.com/xellosscao/p/6411312.html)