C++ type traits分析
(给CPP开发者加星标，提升C/C++技能)
来源：xdesk https://blog.csdn.net/xiangbaohui/article/details/106571580
C++ type traits分析
我们在平时常常会听到有人说traits/萃取等高大上的东西，有时候可能也会对此产生很大的疑问，觉得type tratis很高大上，高深莫测；其实说到底这个东西很简单，总结为一句话就是在运行的时候识别类型（即类型萃取）。
本文我们大致看一下type traits的基本实现技术。
1. integral_constant
了解萃取机之前，我们先了解一下integral_constant, 这个在C++库中定义为一个常量的整数，定义如下：
template<class _Ty, _Ty _Val> struct integral_constant { // convenient template for integral constant types static constexpr _Ty value = _Val;
using value_type = _Ty; using type = integral_constant;
constexpr operator value_type() const noexcept{ // return stored value return (value); }
_NODISCARD constexpr value_type operator()() const noexcept{ // return stored value return (value); } };这个的主要核心是定义了一个静态常量值：
static constexpr _Ty value = _Val;为什么需要定义这样一个东西呢？我们不直接使用_Ty value = _Val定义一个全局的变量不是挺好的嘛，为啥需要搞的那么麻烦呢？
主要原因是：为了C++编译的时候能够使用模板初编译来确定其中的值。
从integral_constant引申出来了两个东西：
true_type
false_type
这两个东西分别代表TRUE 和 FALSE，如下：
template<bool _Val> using bool_constant = integral_constant<bool, _Val>;
using true_type = bool_constant<true>;using false_type = bool_constant<false>;2. C++库的type traits
2.1 Primary type categories
2.2 Composite type categories
2.3 Type properties
2.4 Type features
2.5 Type relationships
2.6 Property queries
2.7 Type transformations
3. type traits的例子
class CData1{public: CData1() {} virtual ~CData1() {}};
class CData2{public: CData2() {} ~CData2() {}};
class CData3{public: int a; int b; int c;};int main(int args, char* argv[]){ std::cout << "CData1 has_virtual_destructor : " << std::has_virtual_destructor<CData1>::value << std::endl; std::cout << "CData2 has_virtual_destructor : " << std::has_virtual_destructor<CData2>::value << std::endl; std::cout << "CData3 has_virtual_destructor : " << std::has_virtual_destructor<CData3>::value << std::endl; std::cout << "CData1 is_pod : " << std::is_pod<CData1>::value << std::endl; std::cout << "CData2 is_pod : " << std::is_pod<CData2>::value << std::endl; std::cout << "CData3 is_pod : " << std::is_pod<CData3>::value << std::endl; return 0;}输出结果如下：
CData1 has_virtual_destructor : 1CData2 has_virtual_destructor : 0CData3 has_virtual_destructor : 0CData1 is_pod : 0CData2 is_pod : 0CData3 is_pod : 1从上面我们可以看到type traits是非常厉害的，他能够在编译器的时候知道C++定义类型的所有属性。
4. type tratis的实现
我们看几个例子来大致看一下type traits的实现原理.
4.1 std::is_integral
std::is_integral用来判断一个类型是否是整数，这个的实现原理如下：
// STRUCT TEMPLATE _Is_integraltemplate<class _Ty> struct _Is_integral : false_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<bool> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<char> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<unsigned char> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<signed char> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
#ifdef _NATIVE_WCHAR_T_DEFINEDtemplate<> struct _Is_integral<wchar_t> : true_type { // determine whether _Ty is integral }; #endif /* _NATIVE_WCHAR_T_DEFINED */
template<> struct _Is_integral<char16_t> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<char32_t> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<unsigned short> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<short> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<unsigned int> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<int> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<unsigned long> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<long> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<unsigned long long> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
template<> struct _Is_integral<long long> : true_type { // determine whether _Ty is integral };
// STRUCT TEMPLATE is_integraltemplate<class _Ty> struct is_integral : _Is_integral<remove_cv_t<_Ty>>::type { // determine whether _Ty is integral };首先定义了一个template<class _Ty> struct _Is_integral : false_type 通用的模板，这个模板中有一个bool value = false的静态成员。
然后就是真的所有的整数类型，创建特化模块，例如如下：
template<> struct _Is_integral<int> : true_type { // determine whether _Ty is integral };这个模板中有一个bool value = true的静态成员。
从这里大致我们可以看出type traits是使用特化来确定特定的情况。
4.2 std::is_pod
对于简单类型的判断比较容易，我们实现所有类型的模板特化即可，但是对于类复杂类型的判断，就比较麻烦了，C++标准库的实现如下：
template<class _Ty> struct is_pod : bool_constant<__is_pod(_Ty)> { // determine whether _Ty is a POD type };
template<class _Ty> _INLINE_VAR constexpr bool is_pod_v = __is_pod(_Ty);
// STRUCT TEMPLATE is_emptytemplate<class _Ty> struct is_empty : bool_constant<__is_empty(_Ty)> { // determine whether _Ty is an empty class };
template<class _Ty> _INLINE_VAR constexpr bool is_empty_v = __is_empty(_Ty);
// STRUCT TEMPLATE is_polymorphictemplate<class _Ty> struct is_polymorphic : bool_constant<__is_polymorphic(_Ty)> { // determine whether _Ty is a polymorphic type };对于__is_podC++标准库并没有公开的代码，这里也不知道具体如何实现，跟编译器的底层实现细节有关，但是从我们所有的type traits来说，这个功能还是十分强大的。
5. iterator_traits
在萃取中，存在一个比较重要的萃取，如果上面的is_class, is_pod都没有用过的话，那么iterator_traits这个萃取机肯定是用过的，例如：
template<typename _InputIterator, typename _Size, typename _ForwardIterator> inline _ForwardIterator uninitialized_copy_n(_InputIterator __first, _Size __n, _ForwardIterator __result){ return std::__uninitialized_copy_n(__first, __n, __result, std::__iterator_category(__first)); }其中std::__iterator_category(__first))这个就是类型萃取机，这个实现如下：
template<typename _Iter> inline _GLIBCXX_CONSTEXPR typename iterator_traits<_Iter>::iterator_category __iterator_category(const _Iter&) { return typename iterator_traits<_Iter>::iterator_category(); }iterator_traits 这个就是迭代器的萃取机，这个萃取机可以做如下事情：
萃取迭代器的类型。
萃取迭代器代表的值的类型。
萃取迭代器使用值的引用指针等类型。
这个迭代器实现如下：
template<typename _Iterator> struct iterator_traits { typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category; typedef typename _Iterator::value_type value_type; typedef typename _Iterator::difference_type difference_type; typedef typename _Iterator::pointer pointer; typedef typename _Iterator::reference reference; };
/// Partial specialization for pointer types. template<typename _Tp> struct iterator_traits<_Tp*> { typedef random_access_iterator_tag iterator_category; typedef _Tp value_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef _Tp* pointer; typedef _Tp& reference; };
/// Partial specialization for const pointer types. template<typename _Tp> struct iterator_traits<const _Tp*> { typedef random_access_iterator_tag iterator_category; typedef _Tp value_type; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef const _Tp* pointer; typedef ptrdiff_t difference_type; typedef const _Tp* pointer; typedef const _Tp& reference; };对于我们STL的迭代器，都需要定义这些类型：
Iterator::iterator_category 迭代器类型。
Iterator::value_type : 迭代器的值类型。
Iterator::difference_type : 迭代器的距离信息。
Iterator::pointer ：迭代器指针。
Iterator::reference : 迭代器的引用。
STL的迭代器其实就是模拟指针来实现的，所以指针，应该天生适合最合适的迭代器，因此给_Tp* 和 const _Tp* 定义了特殊的萃取类型。
6. 总结
从上面分析，对于C++库，萃取的实现一般都是定义模板来实现，对于普通的类型，匹配这个模板的定义；然后针对特殊类型实现特化模板支持。
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