STLのtype_traitsを実装する その1

C++の標準ライブラリにはtype_traitsという，型に対して様々な判定をしたり，変換をしたりするテンプレートが用意されています．こういうテンプレートをtype traitsと言います．

これを独自に実装するというのは車輪の再発明になりますが，例えばテンプレートで配列の場合のみ特殊化したい場合，どう書けば良いのか，などテンプレートの書き方について色々と勉強になります．

なお，ここではC++17以降を想定しています．

integral_constantの実装

まず，integral_constantを実装します．これは，type_traitsにある色々な判定系のテンプレートの土台になっています．また，boolの場合に限定したbool_constantエイリアステンプレートや，その値がtrueの場合のtrue_type，false_typeは，型が特定の条件を満たすか判定する際の土台として使います．

template <class T, T v>
struct integral_constant {
    static constexpr T value = v;
    using value_type = T;
    using type = integral_constant<T, v>
    constexpr operator value_type() const noexcept { return value; }
    constexpr value_type operator()() const noexcept { return value; }
};
template <bool B>
using bool_constant = integral_constant<bool, B>;
using true_type = bool_constant<true>;
using false_type = bool_constant<false>;

is_sameおよびis_same_vの実装

次に，2つのテンプレートパラメータの型が同じ場合にtrue，違う場合にfalseとなるvalueを持ったis_sameという型を実装します．また，通常はis_same<X, Y>::valueと書いて値を読み取るところを，C++14以降では，直接読み取れるようにした
is_same_vも追加されているので，そちらも実装します．

template <class T, class U>
struct is_same : false_type {};

template <class T>
struct is_same : true_type {};

template <class T, class U>
inline constexpr bool is_same_v = is_same<T, >::value;

このように，通常はfalse_typeを継承していて，型が同じ場合を特殊化してtrue_typeを継承するようにすることで，valueの値は型が同じときだけtrueになります．

これを実装しておくと，次に実装する，型を変形するtype traitsのテストがしやすくなります．is_sameも，次のようにstatic_assertを利用してテストしておきましょう．

static_assert(is_same_v<int, int>);
static_assert(!is_same_v<int, const int>);

本当は，もっと色々なパターンをテストしておいた方が良いでしょうが，その辺は実装する際に色々考えてみると良いでしょう．

remove/add系の実装

次に，型を変形するtype traitsを実装します．何故かというと，その型が何なのかを判定するis_XXX系のtype_traitsではconstなどは無視するケースも多々あり，そこでこれから実装するremove_constなどを利用するからです．

これらの型を変形するtype traitsには，typeという名前で変形後の型にアクセスできます．

まずは，constを取り除くremove_constを実装しましょう．また，typeに直接アクセスできるremove_const_tも実装します．

template <class T>
struct remove_const
{
    using type = T;
};

template <class T>
struct remove_const
{
    using type = T;
};

template <class T>
using remove_const_t = typename remove_const<T>::type;

エイリアステンプレートでtypeと取り出す際には，typenameが必要です．

逆に，constを付けるadd_constの実装はシンプルです．

template <class T>
struct add_const
{
    using type = const T;
};

template <class T>
using add_const_t = typename add_const<T>::type;

constで無い型にはconstが付き，既にconstな型なら追加のconstは無視されるんですね．

では，テストを書いておきましょう．

static_assert(is_same_v<remove_const<int>, int>);
static_assert(is_same_v<remove_const<const int>, int>);
static_assert(is_same_v<remove_const<const int *>, const int *>);
static_assert(is_same_v<remove_const<const int * const>, const int *>);

本当は，もう少し色々書くべきですが，省略します．ここで注目すべきは，ポインタの場合，constはポインタに対して付いているものが取り除かれる，ということです．
const int *がint *になると思った方もいるかもしれませんが，そうはなりません．

こんな感じで，独自のtype_traitsを実装していきます．

remove_constとadd_constのconstをvolatileに置き換えるだけで，remove_volatileとadd_volatileが作れます．

この2つを組み合わせれば，remove_cvやadd_cvが作れます．

その2は……気が向いたら書きます．