traits：Traits技术初探

概述:
traits是一种特性萃取技术,它在Generic Programming中被广泛运用,常常被用于使不同的类型可以用于相同的操作,或者针对不同类型提供不同的实现.traits在实现过程中往往需要用到以下三种C++的基本特性:
enum
typedef
template (partial) specialization
其中:
enum用于将在不同类型间变化的标示统一成一个,它在C++中常常被用于在类中替代define,你可以称enum为类中的define;
typedef则用于定义你的模板类支持特性的形式,你的模板类必须以某种形式支持某一特性,否则类型萃取器traits将无法正常工作.看到这里你可能会想,太苛刻了吧?其实不然,不支持某种特性本身也是一种支持的方式(见示例2,我们定义了两种标示,__xtrue_type和__xfalse_type,分别表示对某特性支持和不支持).
template (partial) specialization被用于提供针对特定类型的正确的或更合适的版本.
借助以上几种简单技术,我们可以利用traits提取类中定义的特性,并根据不同的特性提供不同的实现.你可以将从特性的定义到萃取,再到traits的实际使用统称为traits技术,但这种定义使得traits显得过于复杂,我更愿意将traits的定义限于特性萃取,因为这种定义使得traits显得更简单,更易于理解,^_^.

举例:
上面提到过,traits可被用于针对不同类型提供不同的实现,那么下面就举两个例子来说明如何实现这一点.
Example 1:
假定我们需要为某个类设计一个可以对所有类型(包括普通的int/long...,提供了clone方法的复杂类型CComplexObject,及由该类派生的类)进行操作的函数clone,下面,先用OO的方法来考虑一下解决方案.看到前面的条件,最先跳进你脑子里的肯定是Interface,pure virtual function等等.对于我们自己设计的类CComplexObject而言,这不是问题,但是,对于基本数据类型呢?还有那些没有提供clone方法的复杂类型呢?(这时候你可能会想,要是Java该多easy,所有类都默认从Object派生,而Object已提供了一个默认的clone方法,但是,要使类真正支持clone,还必须implements Cloneable,所以,同样也不能避免这里遇到的麻烦).
下面是一个可能的解决方案:

template <typename T, bool isClonable>class XContainer{     ...     void clone(T* pObj)     {         if (isClonable)         {             pObj->clone();         }         else         {             //... non-Clonable algorithm ...         }     }};

但是只要你测试一下,这段代码不能通过编译.为什么会这样呢?原因很简单:对于没有实现clone方法的非Clonable类或基本类型,pObj->clone这一句是非法的.
那么怎样解决上面的这个难题呢?上面不能通过编译的代码告诉我们,要使我们的代码通过编译,就不能使非Clonable类或基本类型的代码中出现pObj->clone,即我们需要针对不同类型提供不同的实现.为了实现这一点,我们可以在我们的模板类中用enum定义一个trait,以标示类是否为Clonable类,然后在原模板类内部引入一个traits提取类Traits,通过对该类进行specilizing,以根据不同的trait提供不同的实现.具体实现如下:

#include <iostream>using namespace std;class CComplexObject // a demo class{public:     void clone() { cout << "in clone" << endl; }};// Solving the problem of choosing method to call by inner traits classtemplate <typename T, bool isClonable>class XContainer{public:     enum {Clonable = isClonable};     void clone(T* pObj)     {         Traits<isClonable>().clone(pObj);     }     template <bool flag>         class Traits     {     };     template <>         class Traits<true>     {     public:         void clone(T* pObj)         {             cout << "before cloning Clonable type" << endl;             pObj->clone();             cout << "after cloning Clonable type" << endl;         }     };     template <>         class Traits<false>     {     public:         void clone(T* pObj)         {             cout << "cloning non Clonable type" << endl;         }     };};void main(){     int* p1 = 0;     CComplexObject* p2 = 0;     XContainer<int, false> n1;     XContainer<CComplexObject, true> n2;     n1.clone(p1);     n2.clone(p2);}

编译运行一下,上面的程序输出如下的结果:
doing something non Clonable
before doing something Clonable
in clone
after doing something Clonable
这说明,我们成功地根据传入的isClonable模板参数为模板实例选择了不同的操作,在保证接口相同的情况下,为不同类型提供了不同的实现.

Example 2:
我们再对上面的例子进行一些限制,假设我们的clone操作只涉及基本类型和CComplexObject及其派生类,那么我们可以进一步给出下面的解法:

#include <iostream>using namespace std;struct __xtrue_type { }; // define two mark-typestruct __xfalse_type { };class CComplexObject // a demo class{public:     virtual void clone() { cout << "in clone" << endl; }};class CDerivedComplexObject : public CComplexObject // a demo derived class{public:     virtual void clone() { cout << "in derived clone" << endl; }};// A general edtion of Traitstemplate <typename T>struct Traits{     typedef __xfalse_type has_clone_method; // trait 1: has clone method or not? All types defaultly has no clone method.};// Specialized edtion for ComplexObjecttemplate <>struct Traits<CComplexObject>{     typedef __xtrue_type has_clone_method;};template <typename T>class XContainer{     template <typename flag>         class Impl     {     };     template <>         class Impl <__xtrue_type>     {     public:         void clone(T* pObj)         {             pObj->clone();         }     };     template <>         class Impl <__xfalse_type>     {     public:         void clone(T* pObj)         {         }     };public:     void clone(T* pObj)     {         Impl<Traits<T>::has_clone_method>().clone(pObj);     }};void main(){     int* p1 = 0;     CComplexObject c2;     CComplexObject* p2 = &c2;     CDerivedComplexObject c3;     CComplexObject* p3 = &c3; // you must point to a derived object by a base-class pointer,                             //it's a little problem     XContainer<int> n1;     XContainer<CComplexObject> n2;     XContainer<CComplexObject> n3;     n1.clone(p1);     n2.clone(p2);     n3.clone(p3);}

现在,所有基本类型以及CComplexObject类系都可以用于XContainer了.

前一个是通过具体值（如true、false、0、1、2等等）来取得模板被特化的；

后一个通过Traits<类型>来取得新的某类型，再将该新类型传入模板里，由编译器根据新类型的不同来选择相应的子模版。

是编译器在类型推断过程所必需，这些特性目的就是为了给类型参数推导出正确的类型。