C++ type_traits：编译期类型查询与类型变换

type_traits 是编译期类型反射工具库，头文件 <type_traits>。

作用：编译期查询、修改类型属性，所有逻辑在编译阶段完成，运行时不产生任何指令。大量配合模板、SFINAE、concept、万能转发使用。

分成两大类：类型查询（traits 萃取） 和 类型变换（修改类型）

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一、类型查询：is_xxx 系列

C++17 之后推荐用 _v 变量模板，直接得到 bool 编译期常量，写法 std::is_xxx_v<T>。

1.1 基础类别判断

std::is_void_v<T>                  // 是否 void
std::is_integral_v<T>              // 是否整型 int/long/char 等
std::is_floating_point_v<T>        // 是否浮点 float/double
std::is_arithmetic_v<T>            // 算术类型 = 整型 + 浮点
std::is_pointer_v<T>               // 是否裸指针
std::is_lvalue_reference_v<T>      // 是否左值引用 &
std::is_rvalue_reference_v<T>      // 是否右值引用 &&
std::is_array_v<T>                 // 是否数组类型
std::is_class_v<T>                 // 是否 class/struct
std::is_union_v<T>                 // 是否联合体
std::is_enum_v<T>                  // 是否枚举

1.2 对象生命周期与平凡性

std::is_trivial_v<T>                          // 是否平凡类
std::is_trivially_copyable_v<T>               // 平凡可复制，memcpy 安全
std::is_standard_layout_v<T>                  // 标准布局，兼容 C struct
std::is_pod_v<T>                              // C++17 已弃用！POD = trivial + standard-layout
std::is_trivially_constructible_v<T, Args...> // 是否可以平凡构造
std::is_trivially_destructible_v<T>           // 是否平凡析构

1.3 cv 限定符

std::is_const_v<T>        // 是否带 const
std::is_volatile_v<T>     // 是否带 volatile
std::is_cv_qualified_v<T> // 是否带 const 或 volatile

1.4 关系判断

std::is_same_v<T, U>              // T、U 是不是完全同一个类型
std::is_base_of_v<Base, Derived>  // Base 是不是 Derived 的基类
std::is_convertible_v<T, U>       // T 能不能隐式转换到 U

示例：

#include <type_traits>

static_assert(std::is_integral_v<int>);
static_assert(!std::is_integral_v<double>);
static_assert(std::is_same_v<int, int>);

static_assert 是编译期断言，条件不满足直接编译报错，非常适合模板调试。

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二、类型变换 traits（修改类型，返回新类型）

这类是类型元函数，C++11 用 ::type；C++14 提供了 _t 别名模板简化写法。

旧写法	C++14 简写	作用
std::remove_const<T>::type	std::remove_const_t<T>	去掉顶层 const
std::remove_volatile<T>::type	std::remove_volatile_t<T>	去掉 volatile
std::remove_cv<T>::type	std::remove_cv_t<T>	同时去掉 const + volatile
std::remove_reference<T>::type	std::remove_reference_t<T>	剥离引用（& / && 都删掉）
std::add_lvalue_reference<T>::type	std::add_lvalue_reference_t<T>	添加左值引用 T&
std::add_rvalue_reference<T>::type	std::add_rvalue_reference_t<T>	添加右值引用 T&&
std::remove_pointer<T>::type	std::remove_pointer_t<T>	剥掉一层指针

例子：

using T = int const&;
using U = std::remove_cvref_t<T>;  // C++20：同时剥掉 cv 和引用 → int

remove_cvref_t 非常常用，万能转发里经常用它拿到原始类型。

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三、核心原理：为什么 type_traits 能工作

本质是模板特化。标准库预先对每一类类型做了偏特化。手写一个 is_pointer 的原理示意：

template <typename T>
struct is_pointer : std::false_type {};

template <typename T>
struct is_pointer<T*> : std::true_type {};  // 指针的特化版本

true_type / false_type 内部自带静态常量 value。所谓 _v，就是 is_pointer<T>::value 的别名模板。

全部在编译期计算，运行时没有任何指令，零开销。

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四、经典使用场景

4.1 SFINAE 筛选函数重载（C++11/14）

只允许整型调用这个函数：

template <typename T>
std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>> foo(T x) {
    // enable_if_t：条件成立才有这个函数，否则被 SFINAE 丢弃
}

enable_if_t 也属于 type_traits：条件成立时返回 void，不成立时模板直接被丢弃。

4.2 配合万能转发，萃取原始类型

template <typename T>
void func(T&& t) {
    using RawT = std::remove_cvref_t<T>;  // 剥离引用、const、volatile
    // RawT 就是去掉所有修饰的底层类型
}

4.3 static_assert 保护模板

template <typename T>
void safe_memcpy_copy(T& dst, const T& src) {
    static_assert(std::is_trivially_copyable_v<T>, "只允许平凡可复制类型 memcpy!");
    std::memcpy(&dst, &src, sizeof(T));
}

4.4 C++20 concept（底层大量依赖 type_traits）

template <std::is_integral T>
void bar(T val) {}

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五、重要坑点

1. 判断的是类型，不是变量。 is_const_v 看的是类型本身有没有 const，而不是"这个变量能不能被修改"。
2. remove_reference_t 只剥离外层引用，不会递归处理多层。
3. is_lvalue_reference_v 看的是类型，不是表达式的值类别。

   想拿表达式的值类别要用 decltype(表达式)，type_traits 是对类型做判断。

4. is_same 严格匹配，带不带引用、const 都会影响结果：

   std::is_same_v<int, int&>;  // false！

5. 很多 traits 有隐式实例化要求，不能对不完整类型使用（部分版本属于未定义行为）。