<boost/call_traits.hpp>
的所有内容都在 namespace boost
内部定义。
模板类 call_traits<T>
封装了将类型为 T
的参数传递给函数或从函数传递出来的“最佳”方法,并包含如下表定义的 typedef
集合。call_traits
的目的是确保诸如 “引用的引用” 之类的问题永远不会发生,并且参数以最有效的方式传递,如 示例 所示。在每种情况下,如果您现有的实践是使用左侧定义的类型,则将其替换为右侧 call_traits
定义的类型。
请注意,对于不支持部分特化或成员模板的编译器,使用 call_traits
不会带来任何好处:在这种情况下,call_traits
定义的类型将始终与现有实践相同。此外,如果编译器仅支持成员模板而不支持部分模板特化(例如 Visual C++ 6),则 call_traits
不能用于数组类型,但它仍然可以用于解决引用的引用问题。
表 1.2. call_traits
类型
现有实践 |
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描述 |
注释 |
---|---|---|---|
(按值返回) |
|
定义表示类型 用于按值返回的函数,或可能用于类型为 |
2 |
(返回值) |
|
定义表示对类型 用于通常返回 |
1 |
(返回值) |
|
定义表示对类型 用于通常返回 |
1 |
(函数参数) |
|
定义表示将类型为 |
1,3 |
注释
T
已经是引用类型,则 call_traits
的定义方式确保 “引用的引用” 不会发生(需要部分特化)。T
是数组类型,则 call_traits
将 value_type
定义为“指向类型的常量指针”而不是“类型数组”(需要部分特化)。请注意,如果您将 value_type
用作存储值,则这将导致存储“指向数组的常量指针”而不是数组本身。这可能是好事也可能不是好事,具体取决于您实际需要什么(换句话说,请小心!)。T
是小型内置类型或指针,则 param_type
定义为 T const
,而不是 T const&
。如果函数体内的循环依赖于传递的参数,这可以提高编译器优化这些循环的能力,传递的参数的语义在其他方面保持不变(需要部分特化)。下表定义了哪些 call_traits
类型始终可以从哪些其他类型进行拷贝构造
表 1.3. 哪些 call_traits
类型始终可以从哪些其他类型进行拷贝构造
到 |
到 |
到 |
到 |
到 |
|
---|---|---|---|---|---|
从 |
当且仅当 |
当且仅当 |
是 |
是 |
是 |
从 |
当且仅当 |
当且仅当 |
否 |
否 |
是 |
从 |
当且仅当 |
当且仅当 |
是 |
是 |
是 |
从 |
当且仅当 |
否 |
否 |
是 |
是 |
从 |
当且仅当 |
当且仅当 |
否 |
否 |
是 |
如果 T
是可赋值类型,则以下赋值是可能的
表 1.4. 哪些 call_traits
类型可以从哪些其他类型赋值
到 |
到 |
到 |
到 |
到 |
|
---|---|---|---|---|---|
从 |
是 |
是 |
- |
- |
- |
从 |
是 |
是 |
- |
- |
- |
从 |
是 |
是 |
- |
- |
- |
从 |
是 |
是 |
- |
- |
- |
从 |
是 |
是 |
- |
- |
- |
下表显示了 call_traits
对各种类型的影响。
表 1.5. call_traits
类型的示例
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|
适用于 |
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从 |
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所有用户定义的类型 |
从 |
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|
|
所有小型内置类型 |
从 |
|
|
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|
所有指针类型 |
从 |
|
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|
所有引用类型 |
从 |
|
|
|
|
所有常量引用类型 |
从 |
|
|
|
|
所有数组类型 |
从 |
|
|
|
|
所有常量数组类型 |
该表假设编译器支持部分特化:如果不支持,则所有类型的行为方式都与“my_class
”条目相同,并且 call_traits
不能用于引用或数组类型。
以下类是一个简单的类,它按值存储某种类型 T
(请参阅 call_traits_test.cpp
文件)。目的是说明如何使用每个可用的 call_traits
typedef
。
template <class T> struct contained { // define our typedefs first, arrays are stored by value // so value_type is not the same as result_type: typedef typenameboost::call_traits
<T>::param_type param_type; typedef typenameboost::call_traits
<T>::reference reference; typedef typenameboost::call_traits
<T>::const_reference const_reference; typedef T value_type; typedef typenameboost::call_traits
<T>::value_type result_type; // stored value: value_type v_; // constructors: contained() {} contained(param_type p) : v_(p){} // return byval: result_type value() { return v_; } // return by_ref: reference get() { return v_; } const_reference const_get()const { return v_; } // pass value: void call(param_type p){} };
考虑 std::binder1st
的定义
template <class Operation>
class binder1st :
public std::unary_function
<typename Operation::second_argument_type, typename Operation::result_type>
{
protected:
Operation op;
typename Operation::first_argument_type value;
public:
binder1st(const Operation& x, const typename Operation::first_argument_type& y);
typename Operation::result_type operator()(const typename Operation::second_argument_type& x) const;
};
现在考虑在 functor 将其第二个参数作为引用的相对常见的情况下会发生什么,这意味着 Operation::second_argument_type
是引用类型,operator()
现在最终会接受对引用的引用作为参数,而这在目前是不合法的。此处的解决方案是修改 operator()
以使用 call_traits
。
typename Operation::result_type operator()(typename call_traits
<typename Operation::second_argument_type>::param_type x) const;
现在,在 Operation::second_argument_type
是引用类型的情况下,参数作为引用传递,并且不会发生“引用的引用”。
如果我们将数组的名称作为
的一个(或两个)参数传递,则模板参数推导会将传递的参数推导为“指向 std::make_pair
T
数组的常量引用”,这也适用于字符串字面量(实际上是数组字面量)。因此,它不是返回指针对,而是尝试返回数组对,并且由于数组类型不可拷贝构造,因此代码编译失败。一种解决方案是将 std::make_pair
的参数显式转换为指针,但 call_traits
提供了一种更好的自动解决方案,即使在泛型代码中也能安全地工作,而强制转换可能会做错事。
template <class T1, class T2>std::pair
< typenameboost::call_traits
<T1>::value_type, typenameboost::call_traits
<T2>::value_type> make_pair(const T1& t1, const T2& t2) { returnstd::pair
< typenameboost::call_traits
<T1>::value_type, typenameboost::call_traits
<T2>::value_type>(t1, t2); }
在这里,如果推导的类型是数组,则推导的参数类型将自动降级为指针,标准绑定器和适配器中也会发生类似的情况:原则上,在任何“包装”临时对象的函数中,其类型都是推导出来的。请注意,std::make_pair
的函数参数不是用 call_traits
表示的:这样做会阻止模板参数推导发挥作用。
call_traits
模板将“优化”将小型内置类型作为函数参数的传递。当参数在循环体中使用时,这主要会产生影响。
在以下示例中(请参阅 fill_example.cpp
),std::fill
的一个版本以两种方式进行了优化:如果传递的类型是单字节内置类型,则使用 std::memset
来实现填充,否则使用传统的 C++ 实现,但使用 call_traits
“优化”传递的参数。
template <bool opt> struct filler { template <typename I, typename T> static void do_fill(I first, I last, typenameboost::call_traits
<T>::param_type val) { while(first != last) { *first = val; ++first; } } }; template <> struct filler<true> { template <typename I, typename T> static void do_fill(I first, I last, T val) {std::memset
(first, val, last-first); } }; template <class I, class T> inline void fill(I first, I last, const T& val) { enum { can_opt = boost::is_pointer<I>::value && boost::is_arithmetic<T>::value && (sizeof(T) == 1) }; typedef filler<can_opt> filler_t; filler_t::template do_fill<I,T>(first, last, val); }
对于小型内置类型,这是“最佳”的原因是,当值作为 T const
而不是 const T&
传递时,编译器可以判断该值是常量并且没有别名。有了这些信息,编译器就能够将传递的值缓存在寄存器中,展开循环或使用显式并行指令:如果支持这些指令中的任何一个。您能从中获得多少好处取决于您的编译器 - 在这种情况下,我们确实需要一些准确的基准测试软件作为 boost 的一部分。
请注意,fill 的函数参数不是用 call_traits
表示的:这样做会阻止模板参数推导发挥作用。相反,fill 充当“瘦包装器”,用于执行模板参数推导,编译器将完全优化掉对 fill 的调用,并将其替换为对 filler<>::do_fill
的调用,后者确实使用了 call_traits
。
以下注释旨在简要描述 call_traits
中所做选择背后的原理。
所有用户定义的类型都遵循“现有实践”,无需评论。
小型内置类型(标准称为 基本类型)与现有实践的不同之处仅在于 param_type
typedef
。在这种情况下,传递 T const
与现有实践兼容,但在某些情况下可能会提高性能(请参阅 示例 4)。在任何情况下,这都不应比现有实践更差。
指针遵循与小型内置类型相同的原理。
对于引用类型,原理遵循 示例 2 - 不允许引用引用,因此 call_traits
成员的定义必须确保这些问题不会发生。有一个提案要修改语言,使“引用的引用是引用”(问题 #106,由 Bjarne Stroustrup 提交)。call_traits<T>
::value_type
和 call_traits<T>
::param_type
都提供了与该提案相同的效果,而无需更改语言。换句话说,这是一种解决方法。
对于数组类型,将数组作为参数的函数会将数组类型降级为指针类型:这意味着实际参数的类型与其声明的类型不同,这可能会在依赖于参数声明类型的模板代码中引起无穷无尽的问题。
例如
template <class T> struct A { void foo(T t); };
在这种情况下,如果我们实例化 A<int[2]>
,则传递给成员函数 foo
的参数的声明类型为 int[2]
,但其实际类型为 const int*
。如果我们尝试在函数体中使用类型 T
,则我们的代码很可能无法编译。
template <class T> void A<T>::foo(T t) { T dup(t); // doesn't compile for case that T is an array. }
通过使用 call_traits
,从数组到指针的降级是显式的,并且参数的类型与其声明的类型相同。
template <class T> struct A { void foo(typenamecall_traits
<T>::value_type t); }; template <class T> void A<T>::foo(typenamecall_traits
<T>::value_type t) { typenamecall_traits
<T>::value_type dup(t); // OK even if T is an array type. }
对于 value_type
(按值返回),同样只能返回指针,而不能返回整个数组的副本,并且 call_traits
使降级变得显式。value_type
成员在必须将数组显式降级为指针时非常有用 - 示例 3 提供了测试用例。
脚注:call_traits
的数组特化是所有 call_traits
特化中最不为人所理解的。如果给定的语义给您带来特定问题,或者没有解决特定的数组相关问题,那么我很乐意听到您的反馈。但是,大多数人可能永远不需要使用此特化。
namespace boost { template<typename T> struct call_traits; template<typename T, std::size_t N> struct call_traits<const T[N]>; template<typename T> struct call_traits<T &>; template<typename T, std::size_t N> struct call_traits<T[N]>; }