Trait 分类

不一定大家都这么叫，但是为了方便，我规定下面的术语：

• Type Trait：包含一个 type alias。
• Value Trait：包含一个 value 静态成员，可以是任何基本类型，含义和具体 Trait 相关。
• Predicate Trait：包含一个 value 静态成员，类型为 bool，含义为条件是否被满足。

书中有分为 property trait 和 policy trait 两大类。前者包含我所称的 type trait 和 value trait，含义是类型本身的固有信息；后者表示根据一个特定类型选择某种映射，其含义和要实现的行为有关，文中的例子是对 size 小的参数选择原类型，对 size 大的参数选择引用类型。

Traits v.s. Policies

例子是累加算法的模板实现。

Traits 一般表示和类型有关的静态的信息；Policies 表示行为。累加例子中 Traits 包含加法结果的类型，而 Policies 则包含了加法的执行过程。

std::iterator_traits

标准库中的一个工具类模板。

可以看出它能提供迭代器的各种信息，方便我们用函数模板实现算法。

Transformation Traits

1. 可以加减引用（加引用的时候需要区分左右引用，去引用的时候不区分）、volatile、const、decay 等等。
2. C++20 新增了 std::remove_cvref_t，是对原来 std::remove_reference_t 和 std::remove_cv_t 的组合。
3. std::decay_t 相当于：函数退化 + 数组退化 + std::remove_cvref_t

技巧：通过 public 继承减少代码量

由于 type 或者 value 这些在 type traits 中需要的属性是作为静态成员提供的，因此可以提前写好 trait 可能的几种匹配结果，然后用 public 继承简化代码，这样基类的 trait 属性就会在子类（提供出来的接口）中可见。

Predicate Traits

可以获取 true 或 false 的值。就算不获取值，其包装类型 的 std::true_type 和 std::false_type 也可以进行 tag dispatching。需要注意 C++17 才引入非类型模板参数，所以更早的版本用的都是类型作为 tag。

包装类型：通过 type traits 获取的信息都是在模板类中的，需要访问 type 或者 value 来获得，或者通过 alias template 获得。

用 SFINAE 实现 Traits

19.1 用 SFINAE 实现 Traits

SFINAE-Friendly Traits

讨论 Trait 实现的安全性（safety）：Trait 本身不应该引发编译错误，所以需要确保被 SFINAE 保护。比如我们要实现一个 PlusResult 的 Type Trait 类，如果直接使用 using 声明 Type 为某两个值用 + 操作符相加的结果的类型，则可能在类模板被实例化时因为找不到匹配的 + 操作符而编译失败。

安全的 Trait 类模板通常先用一个 Predicate Trait 检查，再结合类模板偏特化，把条件不通过的部分给筛掉。这样的实现方式中一种形式的表达式经常需要出现两次（一次是先检查存在性，第二次是真正使用）。

除了类模板偏特化之外，函数模板重载也能提供安全性。 但是要小心避免同时匹配上多个函数且无法区分优先级，这样会让函数重载选择失败（ambiguous）。

std::enable_if_t 和 std::void_t

用 std::void_t 检查表达式合法性或类型存在性

std::void_t 只有 _t 后缀版本，是 gnu++11 或 C++17 才加入的。它的定义相当简单，是一个对于任何 parameter pack，都生成 void 类型的 alias template。但是它能够用于对表达式或类型合法性进行筛选：

• 实现表达式筛选时，表达式可以用 decltype 转为类型。
• 对于类型存在性检查，可以用 std::void_t<typename T::SomeTypeAlias>。
• 对于成员存在性检查，可以用 std::void_t<decltype(std::declval<T>().AnyMember)>。
• std::void_t 接受多个参数，所以可以一次写多个约束条件！

多个约束条件的例子：

常常被用来实现 Predicate Trait。

检查类型完整性

用 decltype 来推导类型时，并不要求得到的类型是一个完整类型。如果还需要加上“类型完整”这个约束，可以在 decltype 里面加上 sizeof 运算符。

书中给出的解决办法是 decltype(Expr, 0)，即：使用逗号表达式要求前面的非引用非指针非 void 表达式必须具有完整类型。实测 decltype 对 std::declval 有特殊处理，如果是 declval 的返回值不完整，且用到了形如 decltype(Expr, 0) 的表达式，Expr 会被忽略；如果是 declval 返回结果上再做成员访问，则不完整性可以被检查出来。而使用 sizeof 约束则更加严格。

用 std::enable_if 进行条件筛选

std::enable_if_t 是基于 std::enable_if 的 alias template，能够对条件（predicates）进行筛选。 常常借助 Predicate Trait 工作。

为什么要实现 Predicate Trait？std::void_t 也能够直接被嵌入在模板参数内，这样就没有必要再专门写一个 Predicate Trait。但是通过实现一些经常被使用的 Predicate Trait，通过 std::enable_if 的组合，可以使得代码更易读，写起来也更容易。

类名注入也会影响类型存在性查询

假设我们想要实现一个判断类中是否有一个名为 size_type 的 type alias。如果有个类的基类是 size_type，由于类名注入，改 Trait 也应该会将其判断为 std::true_type。

std::conditional 模板的安全使用

条件模板通过一个 bool 条件来选择类型。但是由于本质上是模板，需要确定下来所有的参数，所以 std::conditional 必须要先把两个分支都计算一次！这会导致那些仅在条件成立的情况下良构（well-formed）的分支在条件不成立时 ill-formed。比如：

std::make_unsigned 模板对参数 T 有要求，其中之一是 T 不能是 bool 类型，否则是 ill-formed。但是在上面的代码中，这个类型是始终需要被计算的。

上面的代码将 std::make_unsigend 的使用包装在了 MakeUnsignedT 模板中。这样只有模板类型本身被评估。其成员只有真正访问时才评估，确保了程序是 well-formed 的。

问：为什么要写一个 MakeUnsignedT，直接用 std::make_unsigned 但是延缓对 type 的访问不行吗？

不行，因为 C++ 标准明确规定了连这个 Type Trait （不仅仅是 alias template）在其他情况下使用都是 undefined (C++20 以前) / ill-formed (C++20) 的。

判断 T 是否为函数

gcc 标准库的实现方式是：

1. 尝试给 T 加 const，加成功了（被 is_const 认定成功）就不是函数，否则就是函数。
2. 特例是左值引用和右值引用一定不是函数。

在这个实现中，指向函数的指针不是函数。作为比较，书中指出的偏特化方法实现起来很累，因为有一大堆修饰 this 的 Abominable 函数。

判断 T 是否为 Class Type

union 也是 class type，但不是 class。因而 union 也能有指向成员的指针。比如：

#include <iostream>
union X {
    int a;
    unsigned b;
};
int main() {
    auto p = &X::a;
    X x{.a = 1};
    x.*p = 4; // 注意指向成员指针的用法！！
    std::cout << x.a << '\n';
}

输出为 4。除此之外，还能给 union 定义成员函数。

gcc 标准库中有内置的判断是否为 class、union 等的模板，而且 C++ 标准库的 std::is_class 不是指 class type，所以严格不包含 union。通过在偏特化参数中构造指向成员的指针只能做到判断是否为 class type，比起内置实现效率和稳健性上都要差了很多。

判断是否 T 为枚举类型

可以通过大量谓词做排除。

一些非常特殊的 Traits

• std::char_traits
• std::iterator_traits
• std::numeric_limits
• std::allocator_traits