C++11的std::is_same和std::decay使用与源码解析

Posted 2021-07-05 彼 方

C++11的std::is_same和std::decay源码解析

• 1、源码准备
• 2、使用方法
• • 2.1、std::is_same使用方法
  • 2.2、std::decay使用方法
  • 2.3、std::is_same和std::decay配合使用
• 3、源码解析
• • 3.1、std::is_same源码解析
  • 3.2、std::decay源码解析
• 4、总结

1、源码准备

本文是基于gcc-4.9.0的源代码进行分析，std::is_same和std::decay是C++11才加入标准的，所以低版本的gcc源码是没有这个的，建议选择4.9.0或更新的版本去学习，不同版本的gcc源码差异应该不小，但是原理和设计思想的一样的，下面给出源码下载地址
http://ftp.gnu.org/gnu/gcc

2、使用方法

std::is_same和std::decay是C++11新增的两个模板类，功能分别是类型判断和类型朽化。

2.1、std::is_same使用方法

首先通过一个例子看一下std::is_same的使用方法：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <stdint.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    std::cout << "第一组，类型的写法完全相同" << std::endl;
    std::cout << std::is_same<int, int>::value << std::endl;         // true
    std::cout << std::is_same<double, double>::value << std::endl;   // true
    std::cout << std::is_same<int32_t, int32_t>::value << std::endl; // true
    std::cout << std::is_same<int64_t, int64_t>::value << std::endl; // true

    std::cout << std::endl << "第二组，类型相同，但是写法不同（typedef重命名了）" << std::endl;
    std::cout << std::is_same<short, int16_t>::value << std::endl;   // true
    std::cout << std::is_same<int, int32_t>::value << std::endl;     // true
    std::cout << std::is_same<long, int64_t>::value << std::endl;    // true
    std::cout << std::is_same<unsigned int, uint32_t>::value << std::endl; // true

    std::cout << std::endl << "第三组，类型不同" << std::endl;
    std::cout << std::is_same<char, int>::value << std::endl;        // false
    std::cout << std::is_same<double, float>::value << std::endl;    // false
    std::cout << std::is_same<float, long>::value << std::endl;      // false
    std::cout << std::is_same<double, char>::value << std::endl;     // false

    std::cout << std::endl << "第四组，类型其实是一样的，只是省略写法而已" << std::endl;
    std::cout << std::is_same<char, signed char>::value << std::endl;   // false
    std::cout << std::is_same<char, unsigned char>::value << std::endl; // false
    std::cout << std::is_same<short, signed short>::value << std::endl; // true
    std::cout << std::is_same<int, signed int>::value << std::endl;     // true

    std::cout << std::endl << "第五组，类型不同" << std::endl;
    std::cout << std::is_same<char*, char[]>::value << std::endl;           // false
    std::cout << std::is_same<const char, char>::value << std::endl;        // false
    std::cout << std::is_same<const char&, const char>::value << std::endl; // false
    std::cout << std::is_same<const int&, int>::value << std::endl;         // false
}

上面的结果中，前三组应该是没啥歧义的，因为std::is_same是可以识别出被typedef、define重命名的类型的原始类型的。第四组就有点意思了，除了前面两个以外都是true，说明std::is_same是可以判断出signed和signed+类型是相同的。第五组的话也没什么好说的，类型确实不同。

这里解释一下，从上面的代码中看得出来，char既不是unsigned char也不是signed char，char的表达数值范围可能等同于signed char，也可能等同于unsigned char，这取决于编译器，一般是等同于signed char，但这仅仅是范围等同，就像32位机上int和long的数值范围是一样的，但并不是同一个类型。

2.2、std::decay使用方法

std::decay人如其名，就是朽化的意思，主要是对一个类型进行朽化处理，说白一点就是将类型的一些属性比如const、volatile、&（引用）等消除掉，需要注意指针是消不掉。首先通过一个例子看一下std::decay的使用方法：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <stdint.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    const int a = 10l;
    // 报错，const修饰的不能改变
    //a = 10;

    std::decay<const int>::type b = 101;
    // 可以修改
    b = 10;
}

从上面的例子可以看出经过std::decay处理之后，const int的const属性就没了，这就是std::decay的一个典型用法

2.3、std::is_same和std::decay配合使用

代码如下，可以看到，经过std::decay朽化之后，原本使用std::is_same判断不相同的类型也变得相同了，这里需要注意的是直接使用std::is_same去判断char*和char[]，显示是不相同的，但是经过朽化之后这两个就变得相同了，这个情况原理在后面会讲。

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <stdint.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    std::cout << std::is_same<std::decay<int>::type, std::decay<int>::type>::value << std::endl;       // true
    std::cout << std::is_same<std::decay<const int>::type, std::decay<int>::type>::value << std::endl; // true
    std::cout << std::is_same<std::decay<int&>::type, std::decay<int>::type>::value << std::endl;      // true
    std::cout << std::is_same<std::decay<const int>::type, std::decay<const volatile int>::type>::value << std::endl; // true
    std::cout << std::is_same<std::decay<const volatile int&>::type, std::decay<int>::type>::value << std::endl; // true
    std::cout << std::is_same<std::decay<char*>::type, std::decay<char[]>::type>::value << std::endl; // true
}

3、源码解析

3.1、std::is_same源码解析

std::is_same位于libstdc++-v3\\include\\std\\type_traits中

template<typename, typename>
struct is_same : public false_type { };

template<typename _Tp>
struct is_same<_Tp, _Tp> : public true_type { };

可以看到，代码非常简单，第一个是泛化形式，第二个是偏特化形式，当两个类型相同时，调用的是第二个，而第二个继承的是true_type，所以此时is_same<_Tp, _Tp>::value的值就是true；相反的，当两个类型不同时，调用第一个，此时is_same<_Tp, _Tp>::value的值就是false。

3.2、std::decay源码解析

std::decay位于libstdc++-v3\\include\\std\\type_traits中

template<typename _Tp> 
class decay 
{ 
    typedef typename remove_reference<_Tp>::type __remove_type;

public:
    typedef typename __decay_selector<__remove_type>::__type type;
};

可以看到，首先使用了std::remove_reference将_Tp的引用属性去除了，关于std::remove_reference的内容之前在这篇文章《C++11的右值引用、移动语义（std::move）和完美转发（std::forward）详解》中有讲过，这里就不赘述了，大家可以自己去看一下。然后使用了std::__decay_selector，下面看一下std::__decay_selector的源码

template<typename _Up, 
    bool _IsArray = is_array<_Up>::value,
    bool _IsFunction = is_function<_Up>::value> 
struct __decay_selector;

template<typename _Up>
struct __decay_selector<_Up, false, false>
{ typedef typename remove_cv<_Up>::type __type; };

template<typename _Up>
struct __decay_selector<_Up, true, false>
{ typedef typename remove_extent<_Up>::type* __type; };

template<typename _Up>
struct __decay_selector<_Up, false, true>
{ typedef typename add_pointer<_Up>::type __type; };

可以看到共有三种偏特化形式：

1. 第一种就是当_Up既不是数组形式也不是可调用实体形式时匹配，使用了std::remove_cv去除了_Up的const和volatile属性。关于std::remove_cv可以看一下这篇文章《C++11的std::ref、std::cref源码解析》，里面有详细介绍
2. 第二种就是当_Up是数组时匹配，使用了std::remove_cv去除了_Up的数组属性，只留下个数组名指针，这就是为什么前面使用std::decay之后char*和char[]会显示相同的原因了。

template<typename _Tp>
struct remove_extent
{ typedef _Tp     type; };

template<typename _Tp, std::size_t _Size>
struct remove_extent<_Tp[_Size]>
{ typedef _Tp     type; };

template<typename _Tp>
struct remove_extent<_Tp[]>
{ typedef _Tp     type; };

3. 第三种就是当_Up是可调用实体时匹配，使用了std::add_pointer去除了_Up的引用属性，代码与前面的那些原理是一样的，这里就不细讲了，大家可以自己去看一下源代码的实现。

综上可得std::decay其实就是利用模板特化机制来实现对类型进行筛选，将原始的、没有经过其它属性修饰的类型提取出来，以达到朽化类型的作用。

4、总结

本文先是介绍了C++11新增的std::is_same和std::decay这两个模板类的作用与使用方法，然后通过对源码进行分析，我们知道了这两个模板类的实现其实并不复杂，都是借助了模板特化机制来实现的，其实不止这两个，C++标准库的type_traits文件里面的内容基本都是使用类似的方法来实现的。

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