![]() |
![]() |
|
![]() |
||||||||||||||||||
![]() |
![]() |
![]() |
||||||||||||||||
|
![]() |
|
![]() |
|
||||||||||||||
![]() |
![]() |
Что такое traits? / Статьи. / C++ |
![]() |
Что такое traits? Вступление В данной статье я попытаюсь рассказать, что такое traits. Будут рассмотрены некоторые примеры применения traits, которые будут заключаться как в использовании traits в нашем коде, так и в возможных способах расширения стандартной библиотеки C++, которая тоже использует traits. Также будут рассмотрены возможные проблемы, которые могут возникнуть при расширении стандартной библиотеки C++. Для кого написана данная статья? Эта статья написана для программистов на C++, которые уже неплохо владеют самим языком, его основными конструкциями. В частности, необходимо знание, что такое шаблоны(templates) и желателен опыт их использования. Также очень желательно знание стандартной библиотеки C++, так как многие примеры будут посвящены именно ей. Ну, поехали... Итак, приступим. Думаю, начать стоит с перевода термина traits. Обычно его переводят как "свойства". Но traits реализуются классом, поэтому обычно употребляется термин "класс свойств". Следует заметить, что свойства также можно реализовать с помощью структуры, так как в C++ это практически аналоги. Далее я буду использовать термин класс, хотя все сказанное будет в той же мере относиться к структурам. Теперь следует дать определение свойств. Натан Майерс, разработавший метод использования свойств, предложил такое определение: Класс свойств - это класс, используемый вместо параметров шаблона. В качестве класса он объединяет полезные типы и константы; как шаблон, он является средством для обеспечения того "дополнительного уровня косвенности", который решает все проблемы программного обеспечения. Определение не настолько понятное, так что давайте попробуем разобраться, что же имеется в виду. Для этого предлагается рассмотреть небольшой пример. В качестве примера мы рассмотрим шаблонный класс динамического массива. Конечно, реализовывать полностью этот класс мы не будем(у нас уже есть vector), но общие концепции мы рассмотрим. Итак, наш шаблонный класс динамического массива должен иметь в качестве аргументов шаблона: 1) тип элемента шаблона 2) тип ссылки на элемент 3) тип аргумента функций 4) тип константной ссылки Думаю, прокомментировать стоит только тип аргумента функций. Этот тип используется для вставки элементов в массив. Например, эффективней передать int или char по значению, чем по константной ссылке. Тогда набросок класса будет выглядеть так:
Для удобства были добавлены соответствующие значения параметров шаблона по умолчанию. Тогда каждый пользователь нашего класса должен будет создавать объекты класса как-то так:
Все хорошо, все отлично работает. Но если мы захотим реализовать, например, связанный список, то нам придется для него задавать аналогичные параметры шаблона. Это довольно муторно, так как придется каждый раз писать одно и то же. Тогда на помощь приходят классы свойств(traits). Создадим шаблон класса, который будет содержать все те дополнительные аргументы шаблона:
Это и будет наш класс свойств. То есть он описывает те типы(arg_type, reference, const_reference), которые представляют наш тип T. Таким образом, нам надо вместо несколько аргументов шаблона писать только один дополнительный аргумент - класс свойств, который содержит в себе все нужные типы. Тогда класс нашего динамического массива можно переписать так:
Тогда давайте посмотрим, как пользователи нашего динамического массива будут создавать объекты:
В этом примере для всех типов используются аргументы по умолчанию. Но мы выяснили, что аргументы типа char лучше передавать не по константной ссылке, а по значению, то можно сделать специализацию нашего класса свойств:
Тогда объекты нашего динамического массива будем создавать так:
Давайте теперь рассмотрим случай, когда мы хотим создать динамический массив с элементами типа char, но чтобы arg_type был эквивалентен char&. Специализация нашего класса elem_traits для char уже существует, то есть ее сделать мы уже не можем. В таком случае остается создать новый класс свойств:
Тогда осталось только создать нужный динамический массив:
Но заметим, что класс(структура) char_elem_traits переопределяет только один тип - arg_type, а остальные остаются неимзенными по отношению к elem_traits<char>. То есть мы произвели лишнюю работу, определив самостоятельно типы reference и const_reference. Хорошо еще, что тут немного типов, а представьте, что их было бы около 20? 50? Чтобы каждый раз не переписывать общие свойства, можно воспользоваться открытым наследованием и переопределить нужные нам типы:
Теперь можно использовать наш класс свойств char_elem_traits точно так же, как мы делали это раньше. До этого мы рассматривали только свойства, определяющие необходимые типы. Еще могут быть свойства-значения: они предоставляют нужные константы для данного типа. Рассмотрим пример: нам надо написать шаблон класса, которому для каждого параметра шаблона(типа) требуются связанные с ним константы. Первая мысль будет такой(пример немного перефразирован из вопроса с форума):
Но мы теперь люди продвинутые и знаем, как избежать такого большого количества аргументов шаблона - обернуть все в traits:
Но теперь в нашем коде возникает проблема: если вдруг получится так, что пользователь нашего класса захочет взять адрес нашей константы, компилятор должен будет создать реальную константу в памяти, адрес которой можно взять. Для этого был предуман трюк с enum'ом:
Дело в том, что компилятор не позволяет взять адрес enum-констант. Так что мы теперь точно знаем, что наша константа будет вставлена в код числом. На данном этапе все хорошо. Но вдруг нам надо доработать класс так, что нужна константа вещественного типа. Но возникает такая проблема: в классах можно инициализировать только статические интегральные константы. В enum'ах тоже можно использовать только целые типы. Что же тогда делать? Остается только определить inline-фунцию, которая бы возвращала нужное значение:
Надо заметить, что наличие функции на производительность не влияет, так как современные компиляторы способны подставить нужное значение прямо в код вместо вызова функции. Также можно сочетать наличие функций, возвращающих нужные значения вещественного типа, и простые интегральные константы, полученные с помощью enum. Теперь мы знаем основные принципы для работы с traits. Так что давайте рассмотрим пример, который помогает расширить стандартную библиотеку C++. Давайте рассмотрим такую задачу(перефразировано из вопроса с форума):
На данный момент все известные мне версии стандартной библиотеки C++ представляют позицию в файле 32-разрядным целым. Но дело в том, что обычные 32-разрядные целые числа не могут представлять размер файла, большего 4 ГБ(происходит переполнение). То есть нам надо каким-либо образом заставить стандартную библиотеку использовать не 32-разрядные числа, а, например 64-разрядные(или вообще наш собственный тип(класс), который мы опишем). Как это сделать? Как вы уже догадались, помогут нам traits. Как известно, ifstream - это только typedef от класса basic_ifstream. Сам же класс basic_ifstream принимает 2 параметра шаблона: первый из них определяет тип символа, а второй определяет свойста(traits). Так вот эти свойста и должны определять, каким типом представлять позицию в файле, как сравнивать символы и тд. Второй параметр шаблона класса basic_ifstream по умолчанию будет классом char_traits. Это стандартный класс, который описывает основные свойста: нужные типы, как сравнивать символы, присваивать и тд.. Так как мы не собираемся переопределять это все(нам надо заменить только 2 типа), тогда хорошей идеей будет унаследоваться от класса char_traits. У класса char_traits есть 2 интересующих нас типа(полный список типов можно найти в документации): 1) pos_type - тип, используемый для представления позиции в потоке 2) off_type - тип, используемый для представления смещений между позициями в потоке Вот их-то как раз нам и надо переопределить. Давайте сделаем первую попытку:
Но вот незадача: этот код не компилируется. Дело в том, что pos_type должен уметь конструироваться из нескольких заранее определенных типов(как показало исследование, 2). Базовые типы этого делать не умеют, так что придется написать свой собственный класс. Я не буду заострять внимание на этом классе, так как статья немного не на эту тему. Я просто приведу реализацию этого класса, а если у вас будут какие-то вопросы, то писать либо здесь, либо в PM. Итак, вот код:
ОК, теперь все компилируется и работает. Но кроме получения позиции в файле, нам обычно надо работать еще с этими файлами(читать, писать). И, конечно, нам приходится работать со строками. Тогда если мы попытаемся считать строку из файла таким образом:
То мы получим ошибку компиляции. Проблема в том, что std::string - это "всего лишь" typedef от std::basic_string. Этот класс принимает 2 параметра шаблона: первый - тип для представления символа, а второй(как вы уже, наверное, догадались) - traits. Так вот, для корректной работы нам надо определить и свой тип строки:
Теперь все работает прекрасно. Таким образом, для правильного взаимодействия компонентов стандартной библиотеки нам придется определять нужные типы и работать с ними. К сожалению, на данный момент я не знаю способа, как можно было бы создать нужный тип для стандартных потоков ввода/вывода(cin, cout, cerr, clog). Так что чтобы вывести такую "длинную" строку на экран, надо будет написать свой оператор вывода такой строки. Другого решения мне неизвестно(если кто-то знает - поделитесь, буду признателен). Также хочу сказать несколько слов о совместимости и переносимости: приведенный мной код по определению размера большого файла был проверен на компиляторах VC7.1 и Intel C++ 8.0. Использовалась стандартная библиотека, которая идет по умолчанию с VC. При работе с ней замечено никаких ошибок не было. Проверялся код и с использованием STLPort версий 4.6.2 и 5.0. Компилировался он без проблем, но работал неправильно. Надеюсь, в дальнейших версиях STLPort'а это будет исправлено и работать будет корректно, так как данный код соответствует стандарту. Ну вот, вроде бы и все, что я хотел сообщить по поводу свойств. Надеюсь, данная статья помогла вам разобраться, что это такое и зачем оно надо. Также жду ваши отзывы, комментарии и критику. Использованная литература: * Джосатис, Вандервурд "Шаблоны C++". * Николай Джосатис, "Стандартная библиотека С++". Собственно, советую почитать эти книги. Насколько мне известно, Герб Саттер и Андрей Александреску писали в своих книгах про свойства, но, к сожалению, мне еще не довелось читать их книги. Сообщение отредактировано: byte - 11.03.05, 22:29 |
![]() |
![]() |
![]() |
|