C++--- 类型萃取 ---is_array && is_enum/is_union/is_class

作者：桑榆

2022-11-26
广东
本文字数：4020 字
阅读完需：约 13 分钟

背景

定义在<type_traits>中，用于判断一个类型是否是数组类型，是否是枚举类型，是否是联合类型，是否是非联合类型的类类型，属于基础的类型判断。

代码实现

gcc 官网：https://gcc.gnu.org/

gcc 代码下载：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/gcc.git/

gcc 版本代码：gcc-7.5.0(branch 分支)

文件位置：gcc/libstdc++-v3/include/std/type_traits

注意：以下的代码实现省略了一些宏定义部分，实际的代码还是参考 gcc 源码，这里仅用作相关原理分析。

实现分析

is_array

  /// is_array                                                                                                                                             template<typename>    struct is_array    : public false_type { }; 
  template<typename _Tp, std::size_t _Size>    struct is_array<_Tp[_Size]>    : public true_type { }; 
  template<typename _Tp>     struct is_array<_Tp[]>    : public true_type { };

复制代码

is_array 的普通版本继承了 false_type，默认返回 false 类型，只有匹配到_Tp[_Size]或者_Tp[]是才特化为 true_type，返回 true 类型，说明 is_array 只会识别这两种数组的类型。

is_enum/is_union/is_class

  /// is_enum  template<typename _Tp>    struct is_enum    : public integral_constant<bool, __is_enum(_Tp)>    { };
  /// is_union  template<typename _Tp>    struct is_union    : public integral_constant<bool, __is_union(_Tp)>    { };
  /// is_class  template<typename _Tp>    struct is_class    : public integral_constant<bool, __is_class(_Tp)>    { };

复制代码

这三种类型之所以放到一起，是因为他们都是 C++语言的关键字类型，所以它们的识别也是跟整个程序编译过程相关的。可以看到它们的实现继承了 integral_constant 模板，里面包含一个 bool 类型的值，这个值分别由函数__is_enum/__is_union/__is_class 求出。

下面我们就来初步看一下这个__is_enum 函数的调用过程(省略中间的调用过程)，我们上面提到的三个内建函数就在 c-common.c 中定义。

实际上在代码语义分析阶段，会对语句进行分析，在这中间的过程中将会调用 cp_parser_primary_expression 函数进行语义分析，同时将相关的关键字进行标识，依次向下调用 cp_parser_trait_expr，在该函数中将 kind 标识为对应的值，最后调用 finish_trait_expr 函数，在该函数中调用 trait_expr_value 计算 bool 值，实际上是使用前面记录的标识判断是否是对应的类型。

鉴于中间的调用过程很复杂，这里我们只是暂时初步的调用流程。实际上可以这样理解，对于这样的关键字类型，在编译阶段就可以计算出来，所以调用了编译阶段提供的内建函数。

//gcc/gcc/c-family/c-common.cconst struct c_common_resword c_common_reswords[] ={...  { "__is_class",   RID_IS_CLASS,   D_CXXONLY },  { "__is_enum",    RID_IS_ENUM,    D_CXXONLY },  { "__is_union",   RID_IS_UNION,   D_CXXONLY },...}//gcc/gcc/cp/parser.cstatic cp_exprcp_parser_primary_expression (cp_parser *parser,                  bool address_p,                  bool cast_p,                  bool template_arg_p,                  bool decltype_p,                  cp_id_kind *idk) {...  /* Peek at the next token.  */  token = cp_lexer_peek_token (parser->lexer);  switch ((int) token->type)    {    ...    case RID_IS_CLASS:    ...    case RID_IS_ENUM:    ...    case RID_IS_UNION:      return cp_parser_trait_expr (parser, token->keyword);}
/* Parse a trait expression.
   Returns a representation of the expression, the underlying type   of the type at issue when KEYWORD is RID_UNDERLYING_TYPE.  */
static treecp_parser_trait_expr (cp_parser* parser, enum rid keyword){    cp_trait_kind kind;    ...  switch (keyword)    {    ...    case RID_IS_CLASS:      kind = CPTK_IS_CLASS;      break;      ...    case RID_IS_ENUM:      kind = CPTK_IS_ENUM;      break;      ...    case RID_IS_UNION:      kind = CPTK_IS_UNION;      break;      ...    }    ...  /* Complete the trait expression, which may mean either processing     the trait expr now or saving it for template instantiation.  */  switch (kind)    {    ...    default:      return finish_trait_expr (kind, type1, type2);    }}
//gcc/gcc/cp/semantics.ctreefinish_trait_expr (cp_trait_kind kind, tree type1, tree type2){  switch (kind)    {    ...    case CPTK_IS_CLASS:    case CPTK_IS_ENUM:    case CPTK_IS_UNION:      ...      break;      ...    }
  return (trait_expr_value (kind, type1, type2)      ? boolean_true_node : boolean_false_node);    }}
/* Actually evaluates the trait.  */
static booltrait_expr_value (cp_trait_kind kind, tree type1, tree type2){  enum tree_code type_code1;  tree t;
  type_code1 = TREE_CODE (type1);  switch (kind)    {    ...      case CPTK_IS_CLASS:        return NON_UNION_CLASS_TYPE_P (type1);      case CPTK_IS_ENUM:        return type_code1 == ENUMERAL_TYPE;      case CPTK_IS_UNION:        return type_code1 == UNION_TYPE;    }}
//gcc/gcc/cp/cp-tree.h
/* Nonzero if T is a class type but not an union.  */#define NON_UNION_CLASS_TYPE_P(T) \  (CLASS_TYPE_P (T) && TREE_CODE (T) != UNION_TYPE)

复制代码

使用案例

#include <iostream>#include <type_traits>#include <array>
class ArrayTest{};
struct EnumTest{enum E{};};enum E{};enum class EnumClass:int{};
typedef union{    int a;    int b;}UnionTest;
struct StructTest{};class ClassTest{};union UnionClass{class UC{};};
int main(){    std::cout << std::boolalpha;    std::cout << "------is_array------" << std::endl;    std::cout << "int:" << std::is_array<int>::value << std::endl;    std::cout << "int[]:" << std::is_array<int[]>::value << std::endl;    std::cout << "int[5]:" << std::is_array<int[5]>::value << std::endl;    std::cout << "class ArrayTest:" << std::is_array<ArrayTest>::value << std::endl;    std::cout << "class ArrayTest[]:" << std::is_array<ArrayTest[]>::value << std::endl;    std::cout << "class ArrayTest[5]:" << std::is_array<ArrayTest[5]>::value << std::endl;    std::cout << "std::array<int,5>:" << std::is_array<std::array<int,5>>::value << std::endl;
    std::cout << "------is_enum------" << std::endl;    std::cout << "EnumTest:" << std::is_enum<EnumTest>::value << std::endl;    std::cout << "EnumTest member E:" << std::is_enum<EnumTest::E>::value << std::endl;    std::cout << "enum E:" << std::is_enum<E>::value << std::endl;    std::cout << "EnumClass:" << std::is_enum<EnumClass>::value << std::endl;
    std::cout << "------is_union------" << std::endl;    std::cout << "UnionTest:" << std::is_union<UnionTest>::value << std::endl;
    std::cout << "------is_class------" << std::endl;    std::cout << "StructTest:" << std::is_class<StructTest>::value << std::endl;    std::cout << "ClassTest:" << std::is_class<ClassTest>::value << std::endl;    std::cout << "ClassTest*:" << std::is_class<ClassTest*>::value << std::endl;    std::cout << "ClassTest&:" << std::is_class<ClassTest&>::value << std::endl;    std::cout << "const ClassTest:" << std::is_class<const ClassTest>::value << std::endl;    std::cout << "EnumClass:" << std::is_class<EnumClass>::value << std::endl;    std::cout << "UnionClass:" << std::is_class<UnionClass>::value << std::endl;    std::cout << "UnionClass::UC:" << std::is_class<UnionClass::UC>::value << std::endl;    std::cout << "incomplete struct IS:" << std::is_class<struct IS>::value << std::endl;    std::cout << "incomplete class CS:" << std::is_class<class IS>::value << std::endl;
    return 0;}

复制代码

通过上面的例子，我们也能看到如下的几点：

is_array
std::array 并不是数组类型（这里指原生数组），std::array 是 STL 实现的与原生数组类似的功能
type[]和 type[size]都能表示一个数组
is_enum：只能识别枚举类型和枚举类
is_union：识别联合类型
is_class
struct 也是类类型，特殊点在于它的成员变量都是 public 的
类指针，类引用都不是类类型
const 修饰的类也是类类型
枚举类不是类类型（class 关键字类似与作用域，使得枚举类型的使用更加安全）
联合类型不是类类型，但联合类型中定义的类是类类型
在语句中定义不完整的 struct 和 class 也是类类型。

总结

is_array
std::array 并不是数组类型（这里指原生数组），std::array 是 STL 实现的与原生数组类似的功能
type[]和 type[size]都能表示一个数组
is_enum：只能识别枚举类型和枚举类
is_union：识别联合类型
is_class
struct 也是类类型，特殊点在于它的成员变量都是 public 的
类指针，类引用都不是类类型
const 修饰的类也是类类型
枚举类不是类类型（class 关键字类似与作用域，使得枚举类型的使用更加安全）
联合类型不是类类型，但联合类型中定义的类是类类型
在语句中定义不完整的 struct 和 class 也是类类型。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/76e71d6657ee31fefe1097ed8】。文章转载请联系作者。

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is_array

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