C 箴言:类型转换时定义非成员函数

2008-02-23 05:25:27来源:互联网 阅读 ()

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 《C 箴言:声明为非成员函数的时机》阐述了为什么只有 non-member functions(非成员函数)适合于应用到任何 arguments(实参)的 implicit type conversions(隐式类型转换),而且他还作为一个示例使用了一个 Rational class 的 operator* function。我建议您在阅读本文之前先熟悉那个示例,因为本文进行了针对《C 箴言:声明为非成员函数的时机》中的示例做了一个无伤大雅(模板化 Rational 和 operator*)的扩展讨论:

template<typename T>
class Rational {
public:
Rational(const T& numerator = 0, // see《C 箴言:用传引用给const取代传值》for why params
const T& denominator = 1); // are now passed by reference

const T numerator() const; // see《C 箴言:避免返回对象内部构件的句柄》for why return
const T denominator() const; // values are still passed by value,
... // Item 3 for why they're const
};

template<typename T>
const Rational<T> operator*(const Rational<T>& lhs,
const Rational<T>& rhs)
{ ... }

  就像在《C 箴言:声明为非成员函数的时机》中,我想要支持 mixed-mode arithmetic(混合模式运算),所以我们要让下面这些代码能够编译。我们指望他能,因为我们使用了和 Item 24 中能够工作的代码相同的代码。仅有的区别是 Rational 和 operator* 现在是 templates(模板):

Rational<int> oneHalf(1, 2); // this example is from 《C 箴言:声明为非成员函数的时机》,
// except Rational is now a template

Rational<int> result = oneHalf * 2; // error! won't compile

  编译失败的事实暗示对于模板化 Rational 来说,有某些东西和 non-template(非模板)版本不同,而且确实存在。在《C 箴言:声明为非成员函数的时机》中,编译器知道我们想要调用什么函数(取得两个 Rationals 的 operator*),但是在这里,编译器不知道我们想要调用哪个函数。作为替代,他们试图断定要从名为 operator* 的 template(模板)中实例化出(也就是创建)什么函数。他们知道他们假定实例化出的某个名为 operator* 的函数取得两个 Rational<T> 类型的参数,但是为了做这个实例化,他们必须断定 T 是什么。问题在于,他们做不到。

  在推演 T 的尝试中,他们会察看被传入 operator* 的调用的 arguments(实参)的类型。在当前情况下,类型为 Rational<int>(oneHalf 的类型)和 int(2 的类型)。每一个参数被分别考察。

  使用 oneHalf 的推演很简单。operator* 的第一个 parameter(形参)被声明为 Rational<T> 类型,而传入 operator* 的第一个 argument(实参)(oneHalf) 是 Rational<int> 类型,所以 T 一定是 int。不幸的是,对其他参数的推演没那么简单。operator* 的第二个 parameter(形参)被声明为 Rational<T> 类型,但是传入 operator* 的第二个 argument(实参)(2) 的 int 类型。在这种情况下,让编译器如何断定 T 是什么呢?您可能期望他们会使用 Rational<int> 的 non-explicit constructor(非显式构造函数)将 2 转换成一个 Rational<int>,这样就使他们推演出 T 是 int,但是他们不这样做。他们不这样做是因为在 template argument deduction(模板实参推演)过程中从不考虑 implicit type conversion functions(隐式类型转换函数)。从不。这样的转换可用于函数调用过程,这没错,但是在您能够调用一个函数之前,您必须知道哪个函数存在。为了知道这些,您必须为相关的 function templates(函数模板)推演出 parameter types(参数类型)(以便您能够实例化出合适的函数)。但是在 template argument deduction(模板实参推演)过程中不考虑经由 constructor(构造函数)调用的 implicit type conversion(隐式类型转换)。《C 箴言:声明为非成员函数的时机》不包括 templates(模板),所以 template argument deduction(模板实参推演)不是个问题,现在我们在 C 的 template 部分,这是主要问题。

  在一个 template class(模板类)中的一个 friend declaration(友元声明)能够指涉到一个特定的函数,我们能够利用这一事实为受到 template argument deduction(模板实参推演)挑战的编译器解围。这就意味着 class Rational<T> 能够为 Rational<T> 声明作为一个 friend function(友元函数)的 operator*。class templates(类模板)不依靠 template argument deduction(模板实参推演)(这个过程仅适用于 function templates(函数模板)),所以 T 在 class Rational<T> 被实例化时总是已知的。通过将适当的 operator* 声明为 Rational<T> class 的一个 friend(友元)使其变得容易:

template<typename T>
class Rational {
public:
...
friend // declare operator*
const Rational operator*(const Rational& lhs, // function (see
const Rational& rhs); // below for details)
};

template<typename T> // define operator*
const Rational<T> operator*(const Rational<T>& lhs, // functions
const Rational<T>& rhs)
{ ... }

  现在我们对 operator* 的混合模式调用能够编译了,因为当 object oneHalf 被声明为 Rational<int> 类型时,class Rational<int> 被实例化,而作为这一过程的一部分,取得 Rational<int> parameters(形参)的 friend function(友元函数)operator* 被自动声明。作为已声明函数(并非一个 function template(函数模板)),在调用他的时候编译器能够使用 implicit conversion functions(隐式转换函数)(譬如 Rational 的 non-explicit constructor(非显式构造函数)),而这就是他们如何使得混合模式调用成功的。

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