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C++ <type_traits> 应用详解

<type_traits> 是 C++ 标准库中的一个头文件，提供了编译时类型检查、类型转换和类型特性查询的工具。它广泛应用于模板元编程（Template Metaprogramming）、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）、类型推导优化等场景。

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1. <type_traits> 的核心作用

<type_traits> 主要提供以下功能：

1. 类型检查（Type Traits）：判断类型是否满足某些条件（如 is_integral、is_pointer）。
2. 类型转换（Type Transformations）：修改类型（如 remove_pointer、add_const）。
3. SFINAE 辅助：用于模板特化或重载决议。
4. 编译时逻辑控制：结合 if constexpr 或 static_assert 进行条件编译。

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2. 常用类型检查（Type Traits）

2.1 基本类型检查

特性	作用	示例
std::is_void<T>	检查 T 是否是 void	is_void<void>::value → true
std::is_integral<T>	检查 T 是否是整数类型	is_integral<int>::value → true
std::is_floating_point<T>	检查 T 是否是浮点类型	is_floating_point<float>::value → true
std::is_array<T>	检查 T 是否是数组	is_array<int[3]>::value → true
std::is_pointer<T>	检查 T 是否是指针	is_pointer<int*>::value → true
std::is_reference<T>	检查 T 是否是引用	is_reference<int&>::value → true
std::is_const<T>	检查 T 是否是 const 修饰	is_const<const int>::value → true
std::is_volatile<T>	检查 T 是否是 volatile 修饰	is_volatile<volatile int>::value → true
std::is_same<T, U>	检查 T 和 U 是否相同	is_same<int, int32_t>::value → true（依赖平台）

示例：检查类型是否为整数

#include <iostream>

#include <type_traits>

template<typename T>

void check_integral() {

if constexpr (std::is_integral_v<T>) { // C++17 起支持 _v 后缀

std::cout << "T is integral type." << std::endl;

} else {

std::cout << "T is NOT integral type." << std::endl;

}

}

int main() {

check_integral<int>(); // 输出: T is integral type.

check_integral<float>(); // 输出: T is NOT integral type.

return 0;

}

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2.2 复合类型检查

特性	作用	示例
std::is_class<T>	检查 T 是否是类类型	is_class<std::string>::value → true
std::is_union<T>	检查 T 是否是联合体	is_union<union{}>::value → true
std::is_enum<T>	检查 T 是否是枚举	enum E { A }; is_enum<E>::value → true
std::is_function<T>	检查 T 是否是函数	is_function<void()>::value → true
std::is_member_pointer<T>	检查 T 是否是成员指针	is_member_pointer<int MyClass::*>::value → true

示例：检查类型是否为类

#include <iostream>

#include <type_traits>

struct MyClass {};

template<typename T>

void check_class() {

if constexpr (std::is_class_v<T>) {

std::cout << "T is a class." << std::endl;

} else {

std::cout << "T is NOT a class." << std::endl;

}

}

int main() {

check_class<MyClass>(); // 输出: T is a class.

check_class<int>(); // 输出: T is NOT a class.

return 0;

}

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3. 类型转换（Type Transformations）

<type_traits> 提供了一些编译时类型修改的工具：

特性	作用	示例
std::remove_const<T>	移除 const 修饰	remove_const<const int>::type → int
std::remove_volatile<T>	移除 volatile 修饰	remove_volatile<volatile int>::type → int
std::remove_cv<T>	移除 const 和 volatile	remove_cv<const volatile int>::type → int
std::remove_pointer<T>	移除指针	remove_pointer<int*>::type → int
std::remove_reference<T>	移除引用	remove_reference<int&>::type → int
std::add_const<T>	添加 const 修饰	add_const<int>::type → const int
std::add_volatile<T>	添加 volatile 修饰	add_volatile<int>::type → volatile int
std::add_pointer<T>	添加指针	add_pointer<int>::type → int*
std::add_lvalue_reference<T>	添加左值引用	add_lvalue_reference<int>::type → int&
std::add_rvalue_reference<T>	添加右值引用	add_rvalue_reference<int>::type → int&&
std::decay<T>	模拟值传递（移除引用、const、数组/函数转指针）	decay<int&>::type → int

示例：移除 const 和引用

#include <iostream>

#include <type_traits>

int main() {

using T1 = const int&;

using T2 = std::remove_const_t<std::remove_reference_t<T1>>; // C++14 起支持 _t 后缀

std::cout << std::is_same_v<T2, int> << std::endl; // 输出: 1 (true)

return 0;

}

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4. SFINAE 应用

SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）是一种模板特化技巧，结合 <type_traits> 可以实现编译时分支选择。

4.1 基本 SFINAE 示例

#include <iostream>

#include <type_traits>

// 仅当 T 是整数类型时启用

template<typename T, typename = std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>>

void process_integral(T value) {

std::cout << "Processing integral: " << value << std::endl;

}

// 仅当 T 是浮点类型时启用

template<typename T, typename = std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>>>

void process_floating(T value) {

std::cout << "Processing floating: " << value << std::endl;

}

int main() {

process_integral(42); // 输出: Processing integral: 42

process_floating(3.14); // 输出: Processing floating: 3.14

// process_integral(3.14); // 编译错误: no matching function

return 0;

}

4.2 更复杂的 SFINAE

#include <iostream>

#include <type_traits>

// 如果 T 是指针，返回 true

template<typename T>

auto is_pointer_v = std::is_pointer_v<T>;

// SFINAE 示例：仅当 T 不是指针时启用

template<typename T, typename = std::enable_if_t<!is_pointer_v<T>>>

void foo(T value) {

std::cout << "Non-pointer: " << value << std::endl;

}

int main() {

foo(42); // 输出: Non-pointer: 42

// foo(nullptr); // 编译错误: no matching function

return 0;

}

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5. C++17 改进：if constexpr

C++17 引入了 if constexpr，可以替代部分 SFINAE 用法，使代码更简洁：

#include <iostream>

#include <type_traits>

template<typename T>

void check_type(T value) {

if constexpr (std::is_integral_v<T>) {

std::cout << "Integral: " << value << std::endl;

} else if constexpr (std::is_floating_point_v<T>) {

std::cout << "Floating: " << value << std::endl;

} else {

std::cout << "Unknown type" << std::endl;

}

}

int main() {

check_type(42); // 输出: Integral: 42

check_type(3.14); // 输出: Floating: 3.14

check_type("hello"); // 输出: Unknown type

return 0;

}

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6. 总结

功能	示例
类型检查	is_integral<T>, is_pointer<T>
类型转换	remove_const<T>, add_pointer<T>
SFINAE	enable_if_t<condition>
C++17 简化	if constexpr

<type_traits> 是 C++ 模板元编程的核心工具，广泛应用于：

• 编译时类型检查（如 static_assert）。
• 模板特化（SFINAE）。
• 优化类型推导（如 std::decay）。
• C++17 后结合 if constexpr 简化代码。

掌握 <type_traits> 可以写出更高效、更灵活的模板代码！