traits技法小计

在学习算法导论的时候，对于各数据结构，自然是实现一个才算掌握，工具当然是template编程，但是自己的demo经常存在很多问题，比如没有给出迭代器啊，操作符重载不够啊等等设计上的问题，而某些问题实际上是从设计之初就该考虑的大框架，而非小细节。对于C++而言，STL无疑是最佳的参考资料，侯捷先生的STL源码剖析一书给我们良好的示范，而直接从第四章开始看会云里雾里，无法得其精髓，因此在学习算法之余决定尾随侯捷先生脚步，学习STL traits技法，从而可以从STL中学到更多的数据结构实现。

收获自是颇多，不仅可以掌握数据结构的基础知识，还会教会我们如何去筛选那些实现的方案，比如hash_table选择了chaining法解决冲突，map和set采用红黑树等等，而且对我们C++泛型编程技法和C++重载技术也是极好的锻炼，源码之前，尽是宝藏。当然前提是有良好的数据结构知识和C++primer程度的C++技能。本文对侯捷先生的第二章进行简单概括，便于日后查看，将一些和traits不太相关的比如C++语法等略去。

我们以list的迭代器开发来逐步走入STL 迭代器的世界

  1 template<typename T>
  2 class List      //链表
  3 {
  4     void insert_front(T value);
  5     void insert_end(T value);
  6     void display(ostream &os=cout) const;
  7 private:
  8     ListItem<T>* _end;
  9     ListItem<T>* _front;
 10     long _size;
 11 };
 12
 13 template<typename T>
 14 class ListItem          //结点
 15 {
 16 public:
 17     T get_value()const;
 18     ListItem* next()const;
 19 private:
 20     T _value;
 21     ListItem* _next;
 22 };
 23
 24 //要定义迭代器需要封装指针
 25 template<class Item>  // Item的实际参数是ListItem
 26 struct ListIter
 27 {
 28     Item *ptr;     //指向结点的指针，迭代器就是在此基础上封装
 29
 30     ListIter(Item *p=0):ptr(p){}//构造函数
 31
 32     Item& operator*()const{return *ptr;}//解引用
 33     Item* operator->()const{return ptr;}//->操作符
 34     //...
 35 };
 36
 37 /*
 38 这里存在问题，我们将listiter封装，并于list绑定，用于泛型算法
 39 时，无法获取iter所指对象型别以及迭代器距离，所指之物的引用和指针等，
 40 STL中借助模板类型推导来实现这一点
 41 */
 42 //第一想法是在模板形参表当中加入另一个参数，即所指之物的类型,然后将双参数的函数放在private中，在public接口函数中调用private函数
 43
 44 template<typename Item, typename value>
 45 class Item
 46 {
 47 private:
 48     void func_pri(Item iter,value v);
 49 public:
 50     void func(Item iter){func_pri(iter,*iter);}
 51 };
 52 //问题又来了，如果在返回值中想要获取类型怎么办？C++ 的参数推导不可以在返回值中使用，因为从C继承而来的函数的必要因素是参数和函数名，调用
 53 //一个函数并不需要返回值，因此若支持返回值自动推导，编译器可能无法获知其类型
 54
 55 这里还有一种方法完成：
 56 template<class value>
 57 class Iter                    //    在迭代器的定义中内嵌一个关于value_type的声明
 58 {
 59     typedef value value_type;
 60 };
 61
 62 template<class I>
 63 typename Iter::value_type  func(I i)   //这是某个Iter适用的函数（泛型算法，并不是Iter类的成员函数），算法的形参为迭代器类型，在其中可以访问value_type，符合我们的预期
 64 {
 65     return *i;
 66 }
 67
 68 //只有一个小问题，和指针不兼容，因为指针不可内嵌声明，因为它不是类类型。
 69 我们想到了C++中template编程的一种技法，即部分特化，注意部分特化和特化是不同的，特化后实质已经不是模板，而部分特化是对模板的一个特殊情况，仍是模板
 70 接下来正式介绍traits技法
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 73 //trait技法
 74 template<class I>
 75 struct iterator_traits
 76 {
 77     typedef typename I::value_type value_type;
 78     typedef typename I::iterator_category iterator_category;
 79     /*此型别比较特殊，是因为iterator有5种（写入、只读、读写、双向、随机）,应用于泛型算法时，不同算法针对不同类型的迭代器有不同的效率，应该分开实现
 80     比如，对于+操作而言，随机迭代器效率是O（1），写入是O（n），应该针对随机迭代器另行实现
 81     让我们想到了函数重载，但问题是上面的不同类型的迭代器都是模板参数，编译器无法获取它的类型，因此无法重载，因此加入这一个参数作为标志，此标志必须是类类型，才可以推导进行重载决议
 82     具体的实现见P95*/
 83     typedef typename I::difference_type difference_type;
 84     typedef typename I::pointer pointer;
 85     typedef typename I::reference reference;
 86 };
 87 部分特化版本--原生指针
 88 template<class P>
 89 struct iterator_traits<P*>
 90 {
 91     typedef typename P value_type;
 92     typedef typename random_access_iterator_tag iterator_category;
 93     typedef typename ptrdiff_t difference_type;
 94     typedef typename P* pointer;
 95     typedef typename P& reference;
 96 };
 97
 98 部分特化版本--const指针
 99 template<class P>
100 struct iterator_traits<const P*>
101 {
102     typedef typename P value_type;
103     typedef typename random_access_iterator_tag iterator_category;
104     typedef typename ptrdiff_t difference_type;
105     typedef typename const P* pointer;
106     typedef typename const P& reference;
107 };
108 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
109
110 template<class I>
111 typename iterator_traits<I>::value_type  func(I i)  //这个和上面的无区别，就是间接取了一下,但好处在于有部分特化版本，对于不同类型的参数会返回正确的类型
112 {
113     return *i;
114 }
115
116
117 我们自己实现iterator的时候，可以继承iterator class，见P100

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