C++基础 | Type Traits

什么是Type Traits？

Type Traits是C++标准库中的一部分，定义在<type_traits>头文件中。它们提供了一种在编译时查询和操作类型信息的方式。Type Traits通常以模板类和模板变量的形式出现，用于检查类型的属性、转换类型或生成新的类型。

Type Traits的分类

Type Traits可以分为以下几类：

1. 类型属性检查：用于检查类型是否具有某些属性，例如是否是整数类型、是否是指针类型等。
2. 类型关系：用于检查两个类型之间的关系，例如是否是相同的类型、是否是基类和派生类的关系等。
3. 类型修饰：用于添加或移除类型的修饰符，例如添加const、volatile，或移除引用、指针等。
4. 类型转换：用于将一个类型转换为另一个类型，例如将int转换为unsigned int。

常用的Type Traits

1. 类型属性检查

std::is_integral

std::is_integral用于检查一个类型是否是整数类型。它返回一个布尔值，表示该类型是否是整数类型。

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "int is integral: " << std::is_integral<int>::value << '\n'; // true
    std::cout << "float is integral: " << std::is_integral<float>::value << '\n'; // false
    return 0;
}

std::is_pointer

std::is_pointer用于检查一个类型是否是指针类型。

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "int* is pointer: " << std::is_pointer<int*>::value << '\n'; // true
    std::cout << "int is pointer: " << std::is_pointer<int>::value << '\n'; // false
    return 0;
}

2. 类型关系

std::is_same

std::is_same用于检查两个类型是否相同。

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "int and int are same: " << std::is_same<int, int>::value << '\n'; // true
    std::cout << "int and float are same: " << std::is_same<int, float>::value << '\n'; // false
    return 0;
}

3. 类型修饰

std::add_const

std::add_const用于给类型添加const修饰符。

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    typedef std::add_const<int>::type const_int;
    std::cout << "int is const: " << std::is_const<const_int>::value << '\n'; // true
    return 0;
}

std::remove_reference

std::remove_reference用于移除类型的引用修饰符。

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    typedef std::remove_reference<int&>::type no_ref_int;
    std::cout << "int& after remove_reference is int: " << std::is_same<no_ref_int, int>::value << '\n'; // true
    return 0;
}

4. 类型转换

std::make_signed

std::make_signed用于将无符号整数类型转换为有符号整数类型。

#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    typedef std::make_signed<unsigned int>::type signed_int;
    std::cout << "unsigned int after make_signed is signed: " << std::is_signed<signed_int>::value << '\n'; // true
    return 0;
}

实际应用示例

示例1：根据类型选择不同的实现

假设我们有一个模板函数，需要根据传入的类型选择不同的实现。我们可以使用Type Traits来实现这一点。

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
void process(T value) {
    if (std::is_integral<T>::value) {
        std::cout << "Processing integral type: " << value << '\n';
    } else if (std::is_floating_point<T>::value) {
        std::cout << "Processing floating point type: " << value << '\n';
    } else {
        std::cout << "Processing unknown type\n";
    }
}

int main() {
    process(42); // Processing integral type: 42
    process(3.14); // Processing floating point type: 3.14
    return 0;
}

示例2：编译时类型检查

在某些情况下，我们希望确保模板参数满足某些条件。我们可以使用static_assert和Type Traits来实现编译时的类型检查。

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
void print_value(T value) {
    static_assert(std::is_arithmetic<T>::value, "T must be an arithmetic type");
    std::cout << "Value: " << value << '\n';
}

int main() {
    print_value(10); // Value: 10
    // print_value("hello"); // 编译错误：T must be an arithmetic type
    return 0;
}