C++ traits和enable_if的实现

C++ traits中的trait在中文里好像没有特别好的翻译。引用C++之父Bjarne Stroustrup的话来解释什么是C++ traits:

"Think of a trait as a small object whose main purpose is to carry information used by another object or algorithm to determine "policy" or "implementation details."

翻译过来就是：trait是一个很小的对象。它的主要作用是携带信息，以便其他的对象或者算法可以使用它来确定策略或者实现细节。

这么说起来还是不太好理解，举个例子大概会明白一些。我们构造一个trait叫做is_int_long:

template <typename T>
struct is_long_or_int {
    static const bool value = false;
};

template <>
struct is_long_or_int<int> {
    static const bool value = true;
};

template <>
struct is_long_or_int<long> {
    static const bool value = true;
};

上面定义了一个模板类，叫做is_long_or_int<T>（如果这时候你在想这个定义的是一个结构而不是一个类，建议你去复习一下C++，弄清楚class和struct两个关键字的区别）。这个模板类里面有个静态的常量value，它的值是false。然后我们将这个模板类特殊化了两次，分别使得模板参数为int或者long的时候那个静态常量value的值为true，也就是：

is_long_or_int<int>::value == true;
is_long_or_int<long>::value == true;
is_long_or_int<T>::value == false; //其他所有的类型

这个模板类is_long_or_int就是一个trait，它携带了给定类T是否是int或者long的信息。

这看起来很无聊，又有什么用呢？其实用处很大。例如我有一个模板函数：

template <typename T>
bool larger_than_five(T a) {
    return a > (T)5;
}

这是一个很简单的函数，只是为了用来为解释trait的作用服务，请不要纠结其中实现的细节。这个函数中用了大于运算符（>)，并且和5来比较，并不是所有的这样的比较都有意义。比如说：

void *p = NULL;
larger_than_five(p); //毫无意义

不但毫无意义，更可能是一个编程的错误。最好的解决办法是：只允许使用int和long来实例化这个模板函数，而不允许其他任何类型。当然可以是unsigned int或者unsigned long，为了简洁，我们这里只允许int和long。可是，C++的核心语言标准中并没有提供这样的语法。然而，使用C++ trait就能很好的解决这个问题。

C++11标准库中有个模板类叫做enable_if，正是用来实现这种功能的。我们只需要把上述模板函数larger_than_five改写成如下这个样子：

template <typename T>
typename enable_if<larger_than_five<T>::value, bool>::type
larger_than_five(T a) {
    return a > (T)5;
}

如果看上去很复杂，不用着急，容我来一点点地解释。首先，要了解enable_if的实现，大概是如下这个样子，当然模板库里面的会有很多不同：

template <bool b, typename T>
struct enable_if {
};

template <typename T>
struct enable_if<true, T> {
    typedef T type;
};

我们可以看到enable_if其实是个模板类，当且仅当它的第一个参数的值为true的时候，在类中typedef定义一个type的类，类型与T相同。看完了这个，我们在看上面那个larger_than_five的模板函数。其中，enable_if中的b = larger_than_five<T>::value。如果T = int 或者long，larger_than_five<T>::value的值是true，那么enable_if中的type就定义为T，所以larger_than_five模板函数就等价为：

template <typename T>
bool 
larger_than_five(T a) {
    return a > (T)5;
}

和我们看到它的第一个版本一模一样！如果我们给的类型不是int或者long，比如说void *，那么enable_if中就没有type这个定义，所以larger_than_five这个模板函数就变成了：

template <typename T> 
larger_than_five(T a) {
    return a > (T)5;
}

编译器就会给出error，程序便无法编译。