stl標準庫 iterator_traits

爲何標準庫裏要有traits？

咱們先回憶一下，標準庫提供的算法的一些特徵：

• 參數通常包括iterator。

• 要根據iterator的種類，和iterator包裝的元素的類型等信息，來決定使用最優化的算法。

  好比若是是vector的iterator，那麼就能夠使用+，-操做；

  若是是list的iterator，那麼就不能夠使用+，-操做。

因此，算法必須知道一些關於iterator的信息。

有一些容器對應的iterator是個類，因此在這個類裏，定義了以下的信息：

template<typename T>
struct __list_iterator { 
  typedef bidirectional_iterator_tag     iterator_category;
  typedef T                              value_type;
  typedef T*                             pointer;
  typedef T&                             reference;
  typedef ptrdiff_t                      difference_type;

有了上面定義的定義，算法就可以知道iterator的信息了，算法就能夠正常工做了。到這裏位置貌似沒有traits什麼事，

可是，vector，array的iterator並非類，而是c++裏內置的指針，當把內置指針當參數傳遞給算法後，算法沒法得知iterator裏定義的iterator_category，value_type，difference_type等信息，算法就沒法工做。怎麼辦？

加一箇中間層，也就是建立一個iterator_traits類，它包裝了iterator，並使用模板局部特化技術，來解決上面的問題。

traits是萃取機的意思，也就是萃取iterator裏的信息，並給到算法。

traits技術：

//使用iterator提供的信息
template<typename Iterator>
struct iterator_traits
{
  typedef typename Iterator::iterator_category iterator_category;
  typedef typename Iterator::value_type        value_typep;
  typedef typename Iterator::difference_type   difference_type;
  typedef typename Iterator::pointer           pointer;
  typedef typename Iterator::reference         reference;
};

//因爲沒法使用iterator的信息，因此traits本身提供了。
//局部特化，c++內置指針。
template<typename T>
struct iterator_traits<T *>
{
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef T                          value_type;
  typedef ptrdiff_t                  difference_type;
  typedef T*                         pointer;
  typedef T&                         reference;
};

//因爲沒法使用iterator的信息，因此traits本身提供了。
//局部特化，c++內置指針。
template<typename T>
struct iterator_traits<const T *>
{
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef T                          value_type;//注意這裏不是const T;若是是const T，算法拿到這個類型，用這個類型定義變量後，卻沒法改變其值，那就沒有做用了，因此是T。
  typedef ptrdiff_t                  difference_type;
  typedef const T*                   pointer;
  typedef const T&                   reference;
};

算法向iterator_traits類要它須要的信息，iterator_traits再向iterator要，若是要到了，就使用；若是沒有要到就使用iterator_traits提供的。

算法舉例：list類的size方法。

size_type size() const {
  size_type result = 0;
  distance(begin(), end(), result);
  return result;
  //return distance(begin(), end());    
}

struct input_iterator_tag {};
struct output_iterator_tag {};
struct forward_iterator_tag : public input_iterator_tag {};
struct bidirectional_iterator_tag : public forward_iterator_tag {};
struct random_access_iterator_tag : public bidirectional_iterator_tag {};

template <class InputIterator, class Distance>
inline void __distance(InputIterator first, InputIterator last, Distance& n, 
                       input_iterator_tag)
{
  while (first != last) { ++first; ++n; }
}

template <class RandomAccessIterator, class Distance>
inline void __distance(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, 
                       Distance& n, random_access_iterator_tag)
{
  n += last - first;
}

template <class Iterator>
inline typename iterator_traits<Iterator>::iterator_category
iterator_category(const Iterator&) {
  typedef typename iterator_traits<Iterator>::iterator_category category;//--①
  return category();
}

template <class InputIterator, class Distance>
inline void distance(InputIterator first, InputIterator last, Distance& n)
{
  __distance(first, last, n, iterator_category(first));
}

代碼解說：在①處，算法向iterator_traits要iterator_category的信息，若是iterator能提供，就使用iterator裏的iterator_category，若是iterator不能提供，就使用iterator_traits裏的iterator_category。獲得iterator_category後，就能夠在編譯階段肯定調用哪個__distance方法了。

注意：是在編譯階段就能夠肯定，比在運行階段肯定調用哪一個__distance方法的效率要高。

下面代碼是沒有trais技術，是在運行階段才能肯定調用哪一個__distance方法。

template <class Iterator>
void distance(Iterator& i){
  if(is_random_access_iterator(i)){
    __distance1();
  }  
  if(is_bidirectional_iterator(i)){
    __distance2();
  }
}

標準庫的iterator_traits類，定義在stl_iterator.h文件裏。

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