《STL源碼剖析》之Traits

不論是泛型思維或STL的實際運用，迭代器都扮演着重要的角色。STL的中心思想在於：將數據容器和算法分開，彼此獨立設計，最後再以一帖強力膠將他們粘在一起。容器和算法的泛型化，從技術角度來看，並不困難，C++的 class templates和function templates可分別達成目標。而迭代器正是這一帖強力膠。

但是，在實現泛型算法的時候，雖然有template，但是對於同一功能，不同迭代器類型，可能具有不同的操作。比如vector的迭代器進行遞增與list的迭代器進行遞增的內部實現是不一樣的，所以我們需要知道迭代器的相應型別，即迭代器所屬的類型。

1、迭代器相應型別

假設算法中有必要聲明一個變量，以“迭代器所指對象的型別”爲型別，這該如何解決？C++只支持sizeof()，並不支持typeof()。解決辦法是：利用function template的參數推導機制。例如：

template <class I, class T>
void func_impl(I iter, T t)
{
    T temp;
    cin>>temp;
    cout<<temp<<endl;
}

template <class I>
inline void func(I iter)
{
    func_impl(iter, *iter);
}

int main()
{
    int i;
    func(&i);
    return 0;
}

我們以func()爲對外接口，卻把實際操作都放在func_impl()中，順利解決問題。

2、Traits編程技法——STL源代碼門鑰

迭代器所指對象的型別，稱爲該迭代器的value type。上述的參數型別推導技巧並非全面可用：萬一value type用於函數的返回值，就束手無策，畢竟函數的“template 參數推導機制”針對的只是參數。我們可以利用“聲明內嵌型別”：

template <class T>
struct MyIter
{
    typedef T value_type;
    T* ptr;
    MyIter(T* p=0):ptr(p){}
    T& operator*() const {return *ptr;}
};
template<class I>
typename I::value_type
func(I ite)
{ return *ite; }

注意，func()的返回類型必須加上typename，因爲I是一個template參數，在它被編譯器具體化之前，編譯器對T一無所知，關鍵字typename的用意在於告訴編譯器這是一個型別，才能順利編譯通過。

看起來不錯，兩個問題都解決了，但是不是所有的迭代器都是class type。比如原生指針就不是。如果不是class type，就無法爲它定義內嵌型別，這個問題可以用template中的Partial Specialization（模板特例化）來解決。

（1）函數模板特例化：關鍵字template後跟一個“<>”

template<typename T>
int compare(const  T&, const T&);
template<>
int compare(const char* const &p1, const char* const &p2);

（2）類模板特例化：

template<>
struct foo<int>{};

Partial specialization的定義是：針對template參數更進一步的條件限制所設計出來的一個特化版本。比如，面對以下這麼一個class template:

template<typename T>
class c{};

我們很容易接受它有一個形式如下的partial specialization：

template<typename T>
class c<T*>{};

有了這個，我們便可以解決前面提到的“內嵌類型”不能解決的問題。下面進入關鍵地帶，下面這個class template專門用來“萃取”迭代器的特性，而value type正是迭代器的特性之一：

template <class I>
struct iterator_traits
{
    typedef typename I::value_type value_type;
}

那麼先前定義的那個func()可以改寫成：

template<typename T>
typename iterator_traits<T>::value_type
func(I ite)
{ return *ite; }

但這除了多一層間接性，又帶來什麼好處呢？好處是traits可以擁有特化版本，現在，我們令iterator_traites擁有一個partial specializations如下：

template <class T>
struct iterator_traits<T*>
{
    typedef T value_type;
}

於是，原生指針 int* 雖然不是一種class type，亦可通過traits取其value type。解決了先前的問題。

但是，針對“指向常數對象的指針”，下面這個式子得到什麼結果：

iterator_traits<const int*>::value_type

獲得的是const int而非int。針對這種情況，我們需要另外特例化一個版本。

最常用的迭代器相應型別有五種：value type、difference type、pointer、reference、iterator catagoly。