C/C++编程：policy trait

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2023-01-16 02:44 86阅读 0赞

*  property trait：用于确定模板参数的一些属性。比如这些参数表示什么类型，在混合类型的操作中，应该提升哪一个类型等等。
 *  policy trait：定义如何对待这些类型。

# 只读的参数类型 #

在C/C++中，函数调用实参在缺省情况下都是以传值方式进行传递的。也就是说，由调用者计算出来的实参值需要被拷贝到被调用者所控制的位置中；但是如果参数是很大的数据结构，这种拷贝非常耗资源；因此，对于这种数据，应该传递**const引用**；如果参数是很小的结构，从性能的观点看，究竟采用何种机制依赖于代码所在的实际体系结果。实际上，小的数据结果究竟采用何种机制，对性能的影响不大；但是，我们也必须小心处理，选择一个适当的传递机制

当引入模板后，事情就更加复杂了：因为我们事先并不知道用来替换模板参数的类型究竟有多大，而且，最后的决定也不仅仅依赖于类型的大小：一个小的结构也可能会具有昂贵的拷贝构造函数，这是我们也应该以`const 引用`的方式来传递只读参数

可以使用policy trait模板来处理上面的问题，而且该`policy trait`模板实际上是一个类型函数：该函数可以根据不同的情况(即类型大小)，将把实参类型T映射为`T`或者`T const&`，即在这两种类型中挑选出一种最佳参数类型。我们来看个例子：

上面模板实现了：对于不大于”2个指针“大小的类型，基本模板将采用传值的方式传递参数，而对于其他的类型，将采用传递const引用的方式传递参数。

另外，对于容器里下，即使sizeof函数返回的是一个很小的值，但也可能涉及到昂贵的拷贝构造函数。因此，编写如下的特化：

template<typename T>
    class RParam<Array<T>>{
        
    public:
        typedef Array<T> const & Type;
    };

由于我们处理的都是C++的常见类型，所以我们期望在基本模板中能够对非class类型以传值的方式进行调用。另外对于某些对性能要求比较苛刻的class类型，我们有选择的添加这些类为传值方式：

template<bool C, typename Ta, typename Tb>
    class IfThenElse;
    
    //  局部特化: true 的话选择第二个实参
    template<typename Ta, typename Tb>
    class IfThenElse<true, Ta, Tb>{
        
    public:
        typedef Ta ResultT;
    };
    
    // 局部特化: false 的话选择第三个实参
    template<typename Ta, typename Tb>
    class IfThenElse<false, Ta, Tb>{
        
    public:
        typedef Tb ResultT;
    };
    
    
    
    template<typename T>
    class IsClassT {
        
    private:
        typedef char One;
        typedef struct {
         char a[2]; } Two;
        template<typename C> static One test(int C::*);
        template<typename C> static Two test(...);
    public:
        enum {
         Yes = sizeof(IsClassT<T>::test<T>(0)) == 1 };
        enum {
         No = !Yes };
    };
    
    template<typename T>
    class RParam {
        
    public:
        typedef typename IfThenElse<IsClassT<T>::No,
                T,
                T const&>::ResultT Type;
    };

使用：假设我们有两个类，其中一个指定：对于只读参数而言，传值调用具有更好的性能：

class MyClass1 {
        
      public:
        MyClass1 () {
        
        }
        MyClass1 (MyClass1 const&) {
        
            std::cout << "MyClass1 copy constructor called\n";
        }
    };
    
    class MyClass2 {
        
      public:
        MyClass2 () {
        
        }
        MyClass2 (MyClass2 const&) {
        
            std::cout << "MyClass2 copy constructor called\n";
        }
    };
    
    //对于RParam<>的MyClass2 参数，传值 
    template<>
    class RParam<MyClass2> {
        
      public:
        typedef MyClass2 Type;
    };

使用：

template<typename T1, typename T2>
    void foo(typename RParam<T1>::Type p1,
            typename RParam<T2>::Type p2){
        
    
    }
    int main()
    {
        
        MyClass1 myClass1;
        MyClass2 myClass2;
        foo<MyClass1, MyClass2>(myClass1, myClass2);
    }

上面的实用有几个严重的缺点：函数声明变得复杂，而且现在不能使用实参演绎来获取比如foo()的函数了，因为模板参数只是出现在函数参数的限定符里面。

解决上面的问题的方法：使用一个内联的包装(wrapper)函数模板：但是该方案假设内联函数将会被编译器移除，即编译器将直接调用位于内联函数里面的函数：

template <typename T1, typename T2>
    void foo_core (typename RParam<T1>::Type p1,
              typename RParam<T2>::Type p2)
    {
        
        //...
    }
    
    // 为了避免显式指定模板参数而实现的wrapper
    template <typename T1, typename T2>
    inline
    void foo (T1 const & p1, T2 const & p2)
    {
        
        foo_core<T1,T2>(p1,p2);
    }
    
    
    int main()
    {
        
        MyClass1 myClass1;
        MyClass2 myClass2;
        foo(myClass1, myClass2);// ==> foo<MyClass1, MyClass2>(myClass1, myClass2);
    }

# 拷贝、交换和移动 #

本节将引入一个policy trait模板：**它将选择出最佳的操作，来拷贝、交换或者移动某一特定类型的元素**。

假设拷贝操作是通过拷贝构造函数和拷贝赋值运算符来实现的。对于单一元素而言，这是完全正确的。但是对于具有相同类型的多个元素而言，与重复地调用该类型的构造函数或者赋值运算符相比，可能还存在效率更高的操作。

容器类型就是一个典型的例子。实际上，对容器类型而言，拷贝操作通常是不允许的，而主要是进行交换或者移动操作。

因此，我们期望能够用一个合适的trait模板，来确定上面的问题（最佳操作）。对于泛型定义，我们将区分class和nonclass类型，因为定于nonclass类型而言，我们并不需要在意用户自定义的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符。这一次，我们将

*  定义一个基本模板（CMS表示”copy、move、swap“）。

// primary template
    template<typename T, bool Bitwise>
    class BitOrClassCSM;

*  使用继承，从而能够在两种trait实现中进行选择。

template <typename T>
    class CSMtraits : public BitOrClassCSM<T, IsClassT<T>::No > {
        
    };

CSMtraits 的实现完全委托给类BitOrClassCSM的特化

*  实现BitOrClassCSM

// 用于对象安全拷贝的局部特化
    template<typename T>
    class BitOrClassCSM<T, false> {
        
      public:
        static void copy (typename RParam<T>::Type src, T* dst) {
        
            // 把其中一项拷贝给对应对的另一项
            *dst = src;
        }
    
        static void copy_n (T const* src, T* dst, size_t n) {
        
            //把其中n项拷贝给其他n项
            for (size_t k = 0; k<n; ++k) {
        
                dst[k] = src[k];
            }
        }
    
        static void copy_init (typename RParam<T>::Type src,
                               void* dst) {
        
            //拷贝一项到未进行初始化的存储空间
            ::new(dst) T(src);
        }
    
        static void copy_init_n (T const* src, void* dst, size_t n) {
        
            //拷贝n项到未进行初始化的存储空间
            for (size_t k = 0; k<n; ++k) {
        
                ::new((void*)((T*)dst+k)) T(src[k]);
            }
        }
    
        static void swap (T* a, T* b) {
        
            //交换1项
            T tmp(*a);
            *a = *b;
            *b = tmp;
        }
    
        static void swap_n (T* a, T* b, size_t n) {
        
            //交换n项
            for (size_t k = 0; k<n; ++k) {
        
                T tmp(a[k]);
                a[k] = b[k];
                b[k] = tmp;
            }
        }
    
        static void move (T* src, T* dst) {
        
            // 移动1项到另一项
            assert(src != dst);
            *dst = *src;
            src->~T();
        }
    
        static void move_n (T* src, T* dst, size_t n) {
        
            // 移动n项到另一项
            assert(src != dst);
            for (size_t k = 0; k<n; ++k) {
        
                dst[k] = src[k];
                src[k].~T();
            }
        }
    
        static void move_init (T* src, void* dst) {
        
            // 移动一项到未初始化的存储空间
            assert(src != dst);
            ::new(dst) T(*src);
            src->~T();
        }
    
        static void move_init_n (T const* src, void* dst, size_t n) {
        
            // 移动n项到未初始化的存储空间
            assert(src != dst);
            for (size_t k = 0; k<n; ++k) {
        
                ::new((void*)((T*)dst+k)) T(src[k]);
                src[k].~T();
            }
        }
    };

上面policy trait模板的成员函数都是静态的。实际上，大多数情况也是如此，因为我们只是对参数类型的对象应用这些成员函数，而并非对trait class类类型的对象应用这些成员函数

最后，另一个针对位元拷贝的trait的局部特化如下：

// 针对更快的对象位元拷贝而实现的局部特化
    template <typename T>
    class BitOrClassCSM<T,true> : public BitOrClassCSM<T,false> {
        
      public:
        static void copy_n (T const* src, T* dst, size_t n) {
        
            // copy n items onto n other ones
            std::memcpy((void*)dst, (void*)src, n*sizeof(T));
        }
    
        static void copy_init_n (T const* src, void* dst, size_t n) {
        
            // copy n items onto uninitialized storage
            std::memcpy(dst, (void*)src, n*sizeof(T));
        }
    
        static void move_n (T* src, T* dst, size_t n) {
        
            // move n items onto n other ones
            assert(src != dst);
            std::memcpy((void*)dst, (void*)src, n*sizeof(T));
        }
    
        static void move_init_n (T const* src, void* dst, size_t n) {
        
            // move n items onto uninitialized storage
            assert(src != dst);
            std::memcpy(dst, (void*)src, n*sizeof(T));
        }
    };