C++箴言: 教你为类型信息使用特征类的方法(一)

2014-11-24 13:19:58 · 作者: · 浏览: 31
STL 主要是由 containers(容器),iterators(迭代器)和 algorithms(算法)的 templates(模板)构成的,但是也有几个 utility templates(实用模板)。其中一个被称为 advance。advance 将一个指定的 iterator(迭代器)移动一个指定的距离:

template // move iter d units
void advance(IterT& iter, DistT d); // forward; if d < 0,
// move iter backward

  在概念上,advance 仅仅是在做 iter += d,但是 advance 不能这样实现,因为只有 random access iterators(随机访问迭代器)支持 += operation。不够强力的 iterator(迭代器)类型不得不通过反复利用 ++ 或 -- d 次来实现 advance。

  你不记得 STL iterator categories(迭代器种类)了吗?没问题,我们这就做一个简单回顾。
对应于它们所支持的操作,共有五种 iterators(迭代器)。input iterators(输入迭代器)只能向前移动,每次只能移动一步,只能读它们指向的东西,而且只能读一次。它们以一个输入文件中的 read pointer(读指针)为原型;C++ 库中的 istream_iterators 就是这一种类的典型代表。output iterators(输出迭代器)与此类似,只不过用于输出:它们只能向前移动,每次只能移动一步,只能写它们指向的东西,而且只能写一次。它们以一个输出文件中的 write pointer(写指针)为原型;ostream_iterators 是这一种类的典型代表。这是两个最不强力的 iterator categories(迭代器种类)。因为 input(输入)和 output iterators(输出迭代器)只能向前移动而且只能读或者写它们指向的地方最多一次,它们只适合 one-pass 运算。

  一个更强力一些的 iterator category(迭代器种类)是 forward iterators(前向迭代器)。这种 iterators(迭代器)能做 input(输入)和 output iterators(输出迭代器)可以做到的每一件事情,再加上它们可以读或者写它们指向的东西一次以上。这就使得它们可用于 multi-pass 运算。STL 没有提供 singly linked list(单向链表),但某些库提供了(通常被称为 slist),而这种 containers(容器)的 iterators(迭代器)就是 forward iterators(前向迭代器)。TR1 的 hashed containers(哈希容器)的 iterators(迭代器)也可以属于 forward category(前向迭代器)。

  bidirectional iterators(双向迭代器)为 forward iterators(前向迭代器)加上了和向前一样的向后移动的能力。STL 的 list 的 iterators(迭代器)属于这一种类,set,multiset,map 和 multimap 的 iterators(迭代器)也一样。

  最强力的 iterator category(迭代器种类)是 random access iterators(随机访问迭代器)。这种 iterators(迭代器)为 bidirectional iterators(双向迭代器)加上了 "iterator arithmetic"(“迭代器运算”)的能力,也就是说,在常量时间里向前或者向后跳转一个任意的距离。这样的运算类似于指针运算,这并不会让人感到惊讶,因为 random access iterators(随机访问迭代器)就是以 built-in pointers(内建指针)为原型的,而 built-in pointers(内建指针)可以和 random access iterators(随机访问迭代器)有同样的行为。vector,deque 和 string 的 iterators(迭代器)是 random access iterators(随机访问迭代器)。

  对于五种 iterator categories(迭代器种类)中的每一种,C++ 都有一个用于识别它的 "tag struct"(“标签结构体”)在标准库中:

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 {};

  这些结构体之间的 inheritance relationships(继承关系)是正当的 is-a 关系:所有的 forward iterators(前向迭代器)也是 input iterators(输入迭代器),等等,这都是成立的。我们不久就会看到这个 inheritance(继承)的功用。

  但是返回到 advance。对于不同的 iterator(迭代器)能力,实现 advance 的一个方法是使用反复增加或减少 iterator(迭代器)的循环的 lowest-common-denominator(最小共通特性)策略。然而,这个方法要花费 linear time(线性时间)。random access iterators(随机访问迭代器)支持 constant-time iterator arithmetic(常量时间迭代器运算),当它出现的时候我们最好能利用这种能力。

  我们真正想做的就是大致像这样实现 advance:

template
void advance(IterT& iter, DistT d)
{
 if (iter is a random access iterator) {
  iter += d; // use iterator arithmetic
 } // for random access iters
 else {
  if (d >= 0) { while (d--) ++iter; } // use iterative calls to
  else { while (d++) --iter; } // ++ or -- for other
 } // iterator categories
}

  这就需要能够确定 iter 是否是一个 random access iterators(随机访问迭代器),依次下来,就需要知道它的类型,IterT,是否是一个 random access iterators(随机访问迭代器)类型。换句话说,我们需要得到关于一个类型的某些信息。这就是 traits 让你做到的:它们允许你在编译过程中得到关于一个类型的信息。 traits 不是 C++ 中的一个关键字或预定义结构;它们是一项技术和 C++ 程序员遵守的惯例。建立这项技术的要求之一是它在 built-in ty