C++ 类型萃取（type trait）速学指南

通常我们认为 C++ 的模板主要是为了代码复用，即如果一组相似的类型 T 适用于一套算法，模板可以为类型 T 在编译期生成各自的算法代码，且不会有运行时开销。比如 C++ 的 STL 库，各类查找算法对不同容器都是通用的。

由于模板在编译期的各种特性，除了代码复用以外，模板也可有其他用途。例如，类模板可以被特化（specialization）和偏特化（partial specialization），并且编译器以 SFINAE（Substitution failure is not an error）的方式匹配模板，就可以做类型萃取（type trait）；有了 constexpr 和非类型模板参数（non-type template parameter），就可以做复杂的编译期计算，提高运行时性能（但通常会让编译过程变慢，算是一种 trade off）。

所谓类型萃取，就是在编译期确定一个类型 T 是否具备某些特性（trait）。需要注意，“特性”并不是“类型”或者“接口”，不要用“类型”或“接口”去理解 trait，虽然它们很像，而且往往看起来一样。举一个“特性”的例子，比如我们想实现一个函数 func<T>(T t)，但是我想要类型 T 必须有成员函数 StartTimer() 和 静态成员 变量 DefaultIntervalMs，那么这里我们对类型 T 的要求，就是 trait。一个 trait 可以在一个新的维度，将一组类型划分为一类。

如果了解了特化和偏特化，以及 SFINAE，类型萃取其实非常简单，这些基础内容可以参看 C++ Template 进阶指南，我在参考链接里也会附上一些资料。这里假设我们已经了解了：

1. 模板类的特化和偏特化，模板函数的特化，函数的重载
2. 模板代码中的 dependent names 和 typename 关键字的用法
3. SFINAE
4. unevaluated operands/expression/context， 以及 decltype 和 std::declval 的用法

对以上这些内容有一个感性认识，然后再多实践几次就能看懂很多类型萃取的代码了。大概搞懂以上内容后，可以继续往下看。

我把常见到的类型萃取技巧分为两种，一种使用类的特化和偏特化，另一种使用函数重载和 decltype。这两种技巧本质上都是基于 SFINAE。

假设我们要通过 is_variant<T> 来判断类型 T 是否为 std::variant<Ts...>，如何实现 is_variant<T> 呢？

方法一

以 is_variant<T> 为例，如果是使用类的特化和偏特化，我们可以这样写：

template <typename T>
struct is_variant_impl : std::false_type {
   
   }; // 默认实现 (primary template)

template <typename... Ts>
struct is_variant_impl<std::variant<Ts...>> : std::true_type {
   
   }; // 偏特化，T 对应 `std::variant<Ts...>`

template <typename T>
using is_variant = is_variant_impl<T>;

int main() {
   
   
   std::cout << std::boolalpha << "is_variant<int> = " << is_variant<int>::v