C++标准模板（STL）- 类型支持 （类型特性，is_union，is_class，is_function）

繁星璀璨G2023-10-31 4:03

类型特性

类型特性定义一个编译时基于模板的结构，以查询或修改类型的属性。

试图特化定义于 <type_traits> 头文件的模板导致未定义行为，除了 std::common_type 可依照其所描述特化。

定义于<type_traits>头文件的模板可以用不完整类型实例化，除非另外有指定，尽管通常禁止以不完整类型实例化标准库模板。

类型属性

定义于头文件 <type_traits>

基础类型类别

继承自 std::integral_constant

成员常量

|--------------|-------------------------------------------|
| value [静态] | 若 T 为联合体类型则为 true ，否则为 false (公开静态成员常量) |

成员函数

|--------------------|---------------------------------|
| operator bool | 转换对象为 bool ，返回 value (公开成员函数) |
| operator() (C++14) | 返回 value (公开成员函数) |

成员类型

|--------------|---------------------------------------|
| 类型 | 定义 |
| value_type | bool |
| type | std::integral_constant<bool, value> |

检查类型是否为联合体类型

std::is_union

|----------------------------------------|---|-----------|
| template< class T > struct is_union; | | (C++11 起) |

检查 T 是否为联合体类型。若 T 为联合体类型，则提供等于 true 的成员常量 value 。否则 value ，等于 false 。

模板形参

|---|---|--------|
| T | - | 要检查的类型 |

辅助变量模板

|--------------------------------------------------------------------------------|---|-----------|
| template< class T > inline constexpr bool is_union_v = is_union<T>::value; | | (C++17 起) |

检查类型是否非联合类类型

std::is_class

|----------------------------------------|---|-----------|
| template< class T > struct is_class; | | (C++11 起) |

检查 T 是否为非联合类类型。若 T 为类类型（但非联合体），则提供等于 true 的成员常量 value 。否则， value 等于 false 。

注意以 struct 关键词声明的类型是类，故此特性对"结构体"为 true 。

模板形参

|---|---|--------|
| T | - | 要检查的类型 |

辅助变量模板

|--------------------------------------------------------------------------------|
| template< class T > inline constexpr bool is_class_v = is_class<T>::value; |

可能的实现
namespace detail {
    template <class T> char test(int T::*);
    struct two { char c[2]; };
    template <class T> two test(...);
}
 
template <class T>
struct is_class : std::integral_constant<bool, sizeof(detail::test<T>(0))==1
                                            && !std::is_union<T>::value> {};

检查是否为函数类型

std::is_function

|-------------------------------------------|---|-----------|
| template< class T > struct is_function; | | (C++11 起) |

检查 T 是否为函数类型。如 std::function 、 lambda 、有重载 operator() 的类和指向函数指针不是函数类型。若 T 为函数类型，则提供等于 true 的成员常量 value 。否则， value 等于 false 。

模板形参

|---|---|--------|
| T | - | 要检查的类型 |

辅助变量模板

|--------------------------------------------------------------------------------------|---|-----------|
| template< class T > inline constexpr bool is_function_v = is_function<T>::value; | | (C++17 起) |

可能的实现
// 初等模板
template<class>
struct is_function : std::false_type { };
 
// 对常规函数的特化
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...)> : std::true_type {};
 
// 对变参数函数，如 std::printf 的特化
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......)> : std::true_type {};
 
// 对拥有 cv 限定符的函数类型的特化
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) volatile> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const volatile> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) volatile> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const volatile> : std::true_type {};
 
// 对拥有引用限定符的函数类型的特化
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) volatile &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const volatile &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) volatile &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const volatile &> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) volatile &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const volatile &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) volatile &&> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const volatile &&> : std::true_type {};
 
// 对所有以上的 noexcept 版本的特化（ C++17 及之后）
 
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) volatile noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const volatile noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) volatile noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const volatile noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) volatile & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const volatile & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) volatile & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const volatile & noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) volatile && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args...) const volatile && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) volatile && noexcept> : std::true_type {};
template<class Ret, class... Args>
struct is_function<Ret(Args......) const volatile && noexcept> : std::true_type {};

调用示例

#include <iostream>
#include <type_traits>

struct A {};

typedef union
{
    int a;
    float b;
} B;

struct C
{
    B d;
};

enum E {};

enum class Ec : int {};

struct D
{
    int fun() const&;
};

template<typename>
struct PM_traits {};

template<class T, class U>
struct PM_traits<U T::*>
{
    using member_type = U;
};

int f();

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "std::is_union<A>::value:              "
              << std::is_union<A>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_union<B>::value:              "
              << std::is_union<B>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_union<C>::value:              "
              << std::is_union<C>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_union<int>::value:            "
              << std::is_union<int>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_union<float>::value:          "
              << std::is_union<float>::value << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "std::is_class<A>::value:              "
              << std::is_class<A>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_class<B>::value:              "
              << std::is_class<B>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_class<C>::value:              "
              << std::is_class<C>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_class<int>::value:            "
              << std::is_class<int>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_class<float>::value:          "
              << std::is_class<float>::value << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "std::is_function<A>::value:           "
              << std::is_function<A>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_function<int(int)>::value:    "
              << std::is_function<int(int)>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_function<decltype(f)>::value: "
              << std::is_function<decltype(f)>::value << std::endl;
    std::cout << "std::is_function<int>::value:         "
              << std::is_function<int>::value << std::endl;

    using T = PM_traits<decltype(&D::fun)>::member_type; // T 为 int() const&
    std::cout << "std::is_function<T>::value:           "
              << std::is_function<T>::value << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}
输出
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