[C++知识库]【c++从菜鸡到王者】第八篇：深度剖析Traits技法

Traits编程技法

• Traits技法就是提取相应型别，什么是相应型别？迭代器所指对象的型别便是其中之一。（除此之外还有4中所必要的型别，后面详细介绍）
• 在算法中我们要用到迭代器，假如一个算法需要使用迭代器中所指对象的型别来创建一个对象。就需要获取迭代器中的型别信息。我们知道每个容器都有专属的迭代器，所以每个容器的迭代器都含有我们所需要的相应的型别信息，所以需要一个特殊的装置帮我们提取相关的信息，那就是Traits(萃取机)

• 下面我们具体介绍一下这5个型别的具体含义

  • value_type :指迭代器所指对象的型别

  • difference_type：用来表示两个迭代器之间的距离。因此它用来表示一个容器的最大容量

    typename iterator_traits<I>::difference_type;
    //任何时候我们需要迭代器I的difference_type 都可以这样写
    

  • reference_type、pointer_type :在c++函数中如果要传回左值（允许改变所指对象的内容），都是以by reference 的方式进行；就pointer_type而言，我们能够传回一个pointer，指向迭代器所指之物。

    Item& operator*()const{return *ptr;}
    Item* operator->()const{return ptr;}
    //Item&就是reference_type Iter*就是pointer_type
    

  • iterator_category:简单来说就是提取迭代器类型，为算法选择最有利于其功能的迭代器类型（迭代器类型有单向，双向，只读，只写，随机 迭代器）。

    • traits有能力提取迭代器的种类，我们利用其作为算法的一个参数，这个类别必须是class type，然后就能调用算法的不同形式，以提升效率

    //下面我将以advance()算法来描述这个类别
    //首先是5个用作标记的型别
    struct input_iterator_tag();
    struct output_iterator_tag();
    struct forward_iterator_tag:public input_iterator_tag{};
    struct bidirectional_iterator_tag():public forward_iterator_tag{};
    struct random_access_iterator_tag:public bidirectional_iterator_tag();
    //下面是advance()算法的具体实现
    template<class InuputIterator,class Distance>
    inline void __advance(InputIterator& i,Distance n,input_iteratoo_tag){
        ...
    }
    template<class ForwardIterator,class Distance>
    inline void __advance( ForwardIterator& i,Distance n, forward_iterator_tag){
        ...
    }
    template<class BidirectionalIterator,class Distance>
    inline void __advance( BidirectionalIterator& i,Distance n, bidirectional_iterator_tag){
        ...
    }
    template<class RandomAccesslIterator,class Distance>
    inline void __advance( RandomAccesslIterator& i,Distance n, random_access_iterator_tag){
        ...
    }//以上函数的具体实现不同
    //每个__advance都只声明类别，不指定参数，只是纯粹用来激活重载机制的。
    

    这时我们需要准备一个上层接口，它只接受两个参数，当它把上述工作给__advance()时，才自行加上第三参数：迭代器类型。然后这个函数必须从迭代器中推导出类型。当然这个工作交traits。

    template<class InputIterator,class Distance>
    inline void advance(InputIterator &i,Distance n){
        __anvance(i,n,iterator_traits<InpurIterator>::iterator_category());
    }
    

    为了满足上述行为，traits必须还要增加一个相应的型别：iterator_category;

    template<class I>
    struct iterator_traits{
        ...
        typedef typename I::iterator_category iterator_category;
    };
    //另外还有两个偏特化版本，是针对原始指针设计而成，T*，const T*.他们的迭代器类型都是随机访问迭代器。
    

    • 注意：任何一个迭代器都应该落在"该迭代器隶属中"最强化的那一个。例如一个迭代器int*是上面的那5个迭代器类型，但是在程序中我们必须把它当作随机访问迭代器；

      STL算法的命名法则：以算法所能接受的最低阶迭代器类型，来为其迭代器类型命名。

    • 在上面我所列举的5个类型的型别定义中，后面3个为什么要公有继承前面的两个迭代器类型，为了消除“单纯传递调用的函数”，比如当客端调用distance()并使用Forward iterator时，统统都会调用Input iterator版的那个的__distance（）。因为distance()算法里没有Forward iterator 版本。如果没有继承，我们就会在distance()的Forward版本里调用Input版本的。

• iterator的保证

  • 为了规范，每个迭代器都要提供这5个类型。为了以防你初心，STL提供了一个iterator class 每个迭代器都可以继承它，以保证规范

    template<class Category,class T,class Distance=ptrdoff_t,class Pointer=T*,class Refrence=T&>
    struct iterator{
        typedef Category iterator_category;
        typedef T  value_type;
        typedef Distance difference_type;
        typedef Pointer pointer;
        typedef Reference reference;
    };
    //由于后面3个参数是默认的，所以我们在继承的时候必须指定前面的2个参数
    

总结：设计适当的型别是迭代器的责任，设计合适的迭代器是容器的责任，只有容器才知道设计出怎样的迭代器来遍历自己，并执行迭代器该执行的各种行为。至于算法完全独立于容器于迭代器，自行发展，只是设计时以迭代器为对外接口形式。