type_traits

  1. 通过传入非类型模板参数，定义了整型常量这种类型
  2. 以此为基础定义了true和false这两种常量类型，及其模板版本，即bool_constant<…>
  3. 实现了conditional_t<bool,type1,type2>，其成员类型type根据bool来等于type1或type2
  4. 实现了__type_identity_t来返回T这一类型，来实现更加复杂的类型运算，为了更容易生成对象？
  5. 实现了__or_，_and，__not_三个模板元编程，参数为<…>，通过前述的bool_constant和conditional_t来实现。并提供他们的别名conjunction，disjunction，negation。这些返回的都是bool常量类型类型，因此需要::value来获取他们的值，而后提供了…_v版本来直接获取其bool值。
  6. 定义is_const和is_violate(const放在type前和type后表达的意思一致，但是最好放在右侧，从右往左读更易于理解)。
  7. 定义is_pointer，is_lvalue_reference，is_rvalue_reference
  8. 定义有着大小的type和(引用，function，空，is_array_unknown_bounds)为完整的或未绑定的类型，可通过__is_complete_or_unbound来获取bool常量类型。
  9. 定义了__success_type<…>有type类型=…，而__failure_type<…>没有type类型。
  10. 定义remove_cv_t<…>调用remove_cv::type来直接返回…去掉cv的版本，为后面的类型萃取做准备。
  11. 定义is_void，只有void，和其cv版本is_void为true_type。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
template<typename>
    struct __is_void_helper
    : public false_type { };

  template<>
    struct __is_void_helper<void>
    : public true_type { };

  template<typename _Tp>
    struct is_void
    : public __is_void_helper<__remove_cv_t<_Tp>>::type
    { };

  1. 定义is_integral，方法如前。其中，除了基本类型还定义了__GLIBCXX_TYPE_INT_N_0\1\2\3

    为integral。

  2. 定义is_floating_point，包括float128。

  3. 定义is_array，包括array[size]和array[]。

  4. 定义is_member_pointer，其萃取的方式为_Tp Cp::，这是一个类型，表示*Cp这个类型中类型为_Tp的成员(函数指针或成员)

  5. 定义is_member_function_pointer和is_member_object_pointer，就是和is_member_pointer一致，在萃取后再通过is_function来区分。

  6. 定义is_function，有左值引用或者右值引用的或者它的const版本不是const的就是function？

  7. 定义is_null_pointer，只有nullptr_t及其cv版本。

  8. 定义is_reference，包括左值引用和右值引用

  9. 定义is_arithmetic(算数型)，包括整形和小数

  10. 定义is_fundamental(基础类型)，包括算数型，空，和空指针

  11. 定义is_object，非function，引用和空类型

  12. 定义is_scalar(A scalar type is a type that has built-in functionality for the addition operator without overloads)，包括算数型，枚举，指针，member_pointer，空指针。

  13. 定义is_compound，非基础类型。

  14. 定义is_same，两个版本，is_same<Tp,Tp2>继承false，is_same<Tp,Tp>继承true？

  15. 定义is_one_of<type1,type2…>，即是否与后面的任意一个类型相同。

  16. 定义is_signed_integer，is_unsigned_integer。

  17. 定义is_standard_integer，包括signed和unsigned integer。

  18. 定义void_t<…>，对于任何类型都=void。

  19. 定义is_referenceable<Tp,=void_t<Tp&>>，通过void_t来判断Tp&到底存不存在，这样，referenceable的类型可以实例化这个模板，而非的就不能，因为不能实例化void_t<Tp&>，能左引就能右引。

  20. 声明is_trivial，is_trivially_copyable，is_standard_layout（都需要是完整类型）。

  21. 声明is_empty，is_polymorphic，is_final。

  22. 定义is_signed<Tp,bool=is_arithmetic::value>来限定要满足is_arithmetic，然后继承integral_constant<bool，Tp(-1)<Tp(0)>，和is_unsigned。

  23. 定义declval(int/long)，将其返回其类型的一个右值引用，如果Tp是右值引用的话，方式是调用declval<…>(0)，declval(int)返回增加右值引用，declval(long)返回原类型，0即能匹配long也能匹配int。因为要函数不同就必须形参不同。这通过不同的形参的方式好像是比较老了，c++11后就可以使用void_t来进行更简单的处理。

  24. 声明declval()，调用declval(int/long)，使用的时候应该都是declval通过引用折叠来获取Tp&&这一类型，当且仅当declval_protector::stop为true时。

  25. 定义extent<…,num=0>，如果num=0则返回当前最外维大小(unbounded就是0)，否则类似rank递归去掉一维，往外走一维。达到返回第n维大小的效果。

  26. 定义remove_extent，用Tp[]和Tp[size]去匹配。

  27. 定义remove_all_extents，即remove_extent的递归版本。

  28. 定义is_array_known_bounds(知道第0维大小的array)，即extent<…>::value>0。

  29. 定义is_array_unknown_bounds，首先要is_array，并且extent不知道。

  30. 定义is_destructible_impl(是否能调用析构函数)，通过declval来获取引用来在不创造实例的情况下调用析构函数，就可以判断是否能调用析构函数了(析构函数返回本类型)。

  31. 定义is_destructible_safe，空，不知边界的数组和function都是不可的，引用和scalar都是可以的，而其余的通过remove_all_extents规约到前面两种情况。

  32. 定义is_destructible，首先要是完整的或者无边界数组，并且is_destructible_safe的。

  33. 上述三个还有要判断是否nothrow的版本，即在is_nt_destructiable_impl中调用析构函数时套一个noexcept()。

  34. 定义is_constructible<Tp,args…>，is_default_constructible，都要时cp_or_ub(complete or unbounded)类型的，再像前面一样通过引用调用构造函数即可，default_constructible就是没有args…。

  35. 定义is_copy_constructible，拷贝构造函数的参数就是const Tp&，因此首先判断是否referencable，然后是否constructible<Tp,const Tp&>即可。

  36. 定义is_move_constructible，与copy一致，只不过最后是constructible<Tp,Tp&&>。

  37. 定义上述三个constructible的nothrow版本。

  38. 声明is_(/copy/move)_assignable及其nothrow版本。

  39. 声明is_trivially_constructible。

  40. 定义is_implicitly_default_constructible，即能否使用{}默认构造对象。由于const &能接受临时对象，因此尝试传入{}作为const Tp&。

  41. 声明is_trivially_copy_constructible，is_trivially_move_constructible，is_trivially_(/copy/move)_assignable。

  42. 声明is_trivially_destructible(有析构且有trivially_destructor)。

  43. 声明has_virtual_destructor。

  44. 定义alignment_of=integral_constant<size_t,alignof(Tp)>，即大小为其align的整型常量。

  45. 定义rank，即几维的数组，通过Tp[]和Tp[size_t]去递归萃取。

  46. 声明is_base_of

  47. 定义is_convertible(能否隐式转换)，void转void是可行的，此外，function和array不能作为隐式转换的结果对象的。此外，尝试能否用From这个Type的引用调用构造函数获得的对象调用func(To(这个Type))。及其noexcept版本。

  48. 定义remove_const和remove_volatile，方法类似extent，即通过Tp const和Tp volatile来萃取Tp。

  49. 定义add_const，add_volatile和add_cv。

  50. 定义remove_reference，add_(l/r)value_reference(借助is_referencable)。

  51. 定义cv_selector<type,bool,bool>，第一个bool代表const，第二个代表volatile，将type加上对应的const/volatile如果为真。

  52. 定义match_cv_selector<type1,type2>，根据type1的cv情况对type2进行cv_selector。

  53. 定义make_unsigned的所有integral版本，(浮点数是没有unsigned版本的)。

  54. 定义通用的make_unsigned，对所有enum类型和integral类型。但对于bool特化没有make_unsigned。对于所有的类型，都先去掉cv标识符(remove_cv)再进行匹配，匹配完后再通过cv_selector匹配回来。匹配的方法：建立一个可匹配类型，list<所有可匹配的类型>，进行一一匹配。每一次匹配，获取首类型的大小，若≤，则匹配成功，否则去掉第一个，进行递归。在这种情况下w_char，char8/16/32_t这些没有unsigned版本的类型也用有其对应类型，如char16_t对应unsigned int。

  55. 定义通用的make_signed，同样对于bool特化没有。匹配的方式是，转化为unsigned，在将其对应的unsigned类型通过前面普通的特化版本来转化为signed版本。

  56. 定义remove_pointer，通过T*匹配，会将顶层(应该是顶层)的const和volatile去掉，而remove_reference就不会。

  57. 定义add_pointer，只能给referencable和void加*。因为实际上reference本身就是一种“指针”。加的过程就是先remove_reference再直接加*。

对齐大小

假如说对齐大小已经定下来了，并且现在已经放入了一些数据，如果准备加入一个新的数据，如果连着放会导致它被对齐大小的整数倍截断，那么，就会直接跳到对齐大小的整数倍放。对齐大小一般就是结构体中最大类型的对齐大小。总体的目的就是不被截断，能一次读到。提高效率。

  1. 定义最大对齐存储aligned_storage_msa。
1
2
3
4
5
union __type {
    unsigned char __data[_Len];
    struct __attribute__((__aligned__)) {
    } __align;
  };

通过union使得data和struct共享存储空间。由于unsigned char的大小为1字节，因此，相当于申请了大小为Len字节的空间。又因为共享空间的结构体启用了最大对齐，因此，这段空间也就启用了最大对齐。

  1. 定义对齐大小不同的存储空间aligned_storage<len,对齐大小>，方法如上。

  2. 定义strictest_alignment<types…>，两个size_t成员，s_alignment和s_size，存储的是所有的type中最大的对齐大小和最大的大小(比如结构体有三个成员，那么大小可能就不止是对齐大小)。求的方式就是模板元编程递归版本的打擂台。

  3. 定义aligned_union，使它的大小为strictest_alignment的s_size和要求的Len中的大者。而对齐就是strictest_alignment的s_alignment，并将aligned_storage<S_len,s_alignment>作为它的存储方法。

  4. 定义decay_selector(进行等价于按值传递函数实参进行的类型转换)。去掉cv符和引用，对于array，去掉一维并转为指针，对于函数，转为指针。

  5. 定义strip_reference_wrapper，将一个被reference_wrapper包裹的类型的reference_wrapper转为真正的引用。

  6. 定义enable_if<bool,Tp>，Tp就是在bool成立时::type的值，如果不成立就不存在::type，通过这种方式可以以返回值，模板参数，形参类型等为参数对函数的范围进行约束。相当于在Tp不改变的情况下凭空加上限制条件，或者直接加在后面enable_if，因为Tp默认是void。

  7. 定义Require<…type>，即满足多个条件的enable_if。

  8. 定义common_type<type…>(这些类型都能够隐式转换到的类型)。关键在于下面这句话

    *decltype*(*true* ? std::declval<_Tp>() : std::declval<_Up>())

    由于其中的三元判断既可能输出_Tp类型也可能输出_Up(无关前面是否是个固定的条件)，因此，输出的类型必须是_Tp和_Up的共同类型。再decltype就可以获取其共同类型了。

    在c++20中，*decltype*(*true* ? std::declval<const _Tp&>() : std::declval<const _Up&>())的引入解决了有const和&因与remove_cv版本类型不一致而导致无法获取共同类型的问题(如const int&和int&应该有共同类型const int&)。

    为了让这两个同时起效，定义两个函数，每个函数分别有其更劣的重载版本(…)，第一个的更劣版本返回第二个函数decltype的结果，第一个函数判断第一个部分，第二个函数判断第二个部分，成功则返回success_type包裹common_type，否则返回failure_type。

    对于多个类型，递归地取前两个并用common_type来替换，并保证common_type是success的。

  9. 对于enum类型声明underlying_type(enum的元素类型)。

  10. 声明declval_protector，若其成员stop为false则不能进行declval()。

  11. 定义invoke_result<functor,args>(其type为这个函数这个args的情况下的返回类型)，其中包括普通函数，function包括的对象，成员函数，和类的数据成员(调用的形参的类别是这个类)。此外，还包括其对应的函数指针，函数引用等等。最基本的实现很简单如下：

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    template<typename T,typename... args>
    struct get1;
    template<typename a,typename b,typename... args>
    struct get1<a b::*,args...>{
        using type_=a;
    };

    通过a b::*来萃取出其返回类型。

    但是为了适配指针，函数引用等等，实现上进行了一些加工。

    有以下几个要注意的点

    1. decltype(std::declval<_Fn>()(std::declval<_Args>()...)通过调用来测试这个函数是否存在
    2. 将所有的类型分为，普通函数，数据成员指针和成员函数指针，分别进行处理，对于指针和引用来说在declval的时候也要注意区别。
    3. 对于成员来说，验证提供的类是不是拥有这个函数或成员。

  12. 定义inv_unwrap，类似strip_reference_wrapper，但是strip_reference_wrapper只会去掉一层wrapper，而inv_unwrap会将相关的wrapper外层的cvr都去掉，并去掉这一层。

  13. 定义detector_or<default，void<op>(void)，<template args…>Op，args>，如果有以args为参数的实例化，则返回op<args…>，否则返回default这个type。

  14. 声明is_tuple_like。

  15. 定义swappable及nothrow版本，必须为unbounded或complete类型，要求swap(其declval版本)是可行的，并且反过来也要。并且单独对相同类型的swap进行了特判swap。

  16. 定义is_invocable及nothrow版本，即这样调用invoke是否可行。对于没有限定返回类型的invoke调用，只需要判断调用invoke_result返回的type是否是个正常的类型。对于有限定返回类型的invoke调用，判断限定的类型是否正常，接着构造一个函数返回值为result::type的函数(无需函数体)，将其返回值传给一个被构造出来的参数为限定返回类型的模板函数，如果一样就能被构造出来，在这一层外再套一层decltype来保证它不被实际执行，也就不需要函数体。之所以不适用declval来调用而是使用构造一个函数的方式是因为declval会返回一个右值引用而右值引用会阻止复制省略，而构造函数不会，它允许。虽然不知道为什么这里需要允许复制省略。

  17. 定义call_is_nt（是个函数），分类讨论5大情况，成员函数/成员指针及其对应引用，和其他情况，分别尝试，返回其noexcept(调用这个对象)的结果，一个普通的bool类型。

  18. 声明nonesuchbase，和nonesuch(一个析构，拷贝构造及拷贝赋值都被delete的一个类)。

  19. 声明is_aggregate。

  20. 声明has_unique_object_representation。

  21. 定义了很多用来匹配或寻找共同c/v/ref。

type_traits
https://lhish.github.io/project/hide/type_traits/
作者
lhy
发布于
2024年6月30日
许可协议