【C++11学习笔记】类型判断的type_traits学习

一、简单的type_traits

我理解的type_traits是利用C++模板特性和static、enum特性定义编译器常量，例如

    // TEMPLATE CLASS integral_constant
template<class _Ty,
    _Ty _Val>
    struct integral_constant
    {    // convenient template for integral constant types
    static constexpr _Ty value = _Val;

    typedef _Ty value_type;
    typedef integral_constant<_Ty, _Val> type;

    constexpr operator value_type() const _NOEXCEPT
        {    // return stored value   重载了强制转换 （例如 （bool）integral_constant<bool,true> 将会返回value值true）
        return (value);
        }

    constexpr value_type operator()() const _NOEXCEPT
        {    // return stored value    重载了（） （例如， integral_constant<bool, true)() 将会返回value值 true）
        return (value);
        }
    };

 

这里利用的是static常量为编译器常量的特点，定义了value。使用方法：从std::integral_constant派生，无需自己定义static const常量或enum类型，

std有两个定义好的std::integral_constant实例，分别定义了编译期的true和false类型，用途很广：

typedef integral_constant<bool, true> true_type;
typedef integral_constant<bool, false> false_type;

二、常见类型判断type_traits源码学习

1.is_void

声明：

template<class T>
struct is_void;

作用：

T是否为void类型

源码：

template<class T, class U>
struct is_same : std::false_type
{};

template<class T>
struct is_same : std::true_type
{};

template<class T>
struct is_void : std::is_same<void, typename std::remove_cv<T>::type>
{};

说明：首先利用模板的匹配实现用以判断两种类型是否一致的is_name，再将T去除c（const）、v（volatile）限定符后与void类型判断是否一致。下面有些简单的代码就不解释了。

2.is_floating_point

声明

template< class T >
struct is_floating_point;

作用

T是否为浮点类型

源码

template< class T >
struct is_floating_point : std::integral_constant<bool,std::is_same<float, typename std::remove_cv<T>::type>::value || std::is_same<double, typename std::remove_cv<T>::type>::value || std::is_same<long double, typename std::remove_cv<T>::type>::value> 
{};

 

3.is_array

声明

template<class T>
struct is_array;

 

作用

T是否为数组类型

源码

template<class T>
struct is_array : std::false_type {};

template<class T>
struct is_array<T[]> : std::true_type {};

template<class T, std::size_t N>
struct is_array<T[N]> : std::true_type {};

 

4.is_pointer

声明

template< class T > 
struct is_pointer;

 

作用

T是否为指针类型（包括函数指针，但不包括成员（函数）指针） 
源码

template< class T > struct is_pointer_helper     : std::false_type {};
template< class T > struct is_pointer_helper<T*> : std::true_type {};
template< class T > struct is_pointer : is_pointer_helper<typename std::remove_cv<T>::type> {};

 

5.is_member_pointer

声明

template< class T >
struct is_member_pointer

 

作用

T是否为成员函数指针、指向成员变量指针类型 
源码

template< class T >
struct is_member_pointer_helper : std::false_type {};

template< class T, class U >
struct is_member_pointer_helper<T U::*> : std::true_type {};

template< class T >
struct is_member_pointer : is_member_pointer_helper<typename std::remove_cv<T>::type> 
{};

 

为什么is_member_pointer_helper< T U::*>这个就是成员函数指针、指向成员变量指针类型呢？

这个参数T U::*怎么理解，其实就理解成T *——T类型指针，但是是类U中的，即类U的成员函数指针或成员变量指针，看下面的测试代码：

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    class cls {};
    std::cout << (std::is_member_pointer<int(cls::*)>::value
                     ? "T is member pointer"
                     : "T is not a member pointer") << '\n';
    std::cout << (std::is_member_pointer<int cls::*>::value
                     ? "T is member pointer"
                     : "T is not a member pointer") << '\n';
}

 

输出是

T is member pointer
T is member pointer

 

注意，并不是判断类T中是否真的有返回值为int的函数，或者是否有int型变量，而是只是判断T这个写法是否是成员函数指针、指向成员变量指针类型。

6.is_class

声明：

template <class T>
struct is_class;

 

作用

T是否为类类型，且不是union类型 
源码

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

template <class T>
struct is_class : std::integral_constant<bool, sizeof(detail::test<T>(0))==1 && !std::is_union<T>::value> 
{};

 

解释一下，定义了两个模板函数，一个形参是int T::*（指向int型类成员变量的指针），返回值是char（大小是1）；另一个形参是所有类型，返回值是struct two（大小是2）。

is_class继承了std::integral_constant< T, T v >（内部定义了一个static const T类型变量value，取值为v），value的类型为bool，当detail::test(0)的大小为1时（只要T是class类型，就符合第一个模板函数test，则其返回值大小就为1，否则返回值大小为2），并且不为union类型时（加上这个是因为，union类型类似struct类型，也支持T::*），则为class（或struct）类型。

7.is_base_of

声明

template <typename Base, typename Derived>
class is_base_of;

 

作用

Base是否是Derived的基类

源码

template <typename Base, typename Derived, 
    bool = (is_class<Base>::value && is_class<Derived>::value)>
class is_base_of
{
    template <typename T>
    static char helper(Derived, T);
    static int helper(Base, int);
    struct Conv
    {
        operator Derived();
        operator Base() const;
    };
public:
    static const bool value = sizeof(helper(Conv(), 0)) == 1;
};


template <typename Base, typename Derived>
class is_base_of<Base, Derived, false>
{
public:
    static const bool value = is_same<Base, Derived>::value;
};


class B
{
};

class D : public B
{
};

int main()
{
    cout << boolalpha << is_base_of<B, D>::value << endl;
}

 

代码中最“厉害”的地方就是对helper函数的匹配了。

1. 如果Base不是Derived的基类，那么Conv()做隐式转换时，两个候选类型Base和Derived都是平等的，两个helper函数都可以匹配，但在这里按照规则，会去优先匹配非模板的函数。于是得到了我们想要的结果。

2. 如果Base是Derived的基类，这种情况比较复杂。

这种情况下，除非Conv对象是一个const的，否则它的隐式转换是只会去调用operator ()Derived的，因为operator ()Base const后面所带的const。于是这样的情况下，Conv()总是隐式转换成一个Derived对象（当然，上面的只是学习代码，如果真正要实用的话，还要做很多工作，比如说在这里就要首先确保Derived类型本身不是const的），这时候对于两个helper的第一个参数，一个是精确匹配，一个是要转换为基类，一开始我异想天开地以为这种情况下就会去先匹配第一个了，因为这也是所需要的正确结果，结果自然是没有错，不过我的想法却是太天真了，因为我完全抹杀了第二个参数的贡献，倘若没有它，那第一个helper函数都不会被具现化，更别说让它去被匹配了。

【参考： 
1.《深入应用C++11代码优化与工程级应用》 
2.http://en.cppreference.com/w/ 
3.TR1中is_base_of的实现】