这个条款可以看成是条款24的续集,我们先简单回顾一下条款24,它说了为什么类似于operator *这样的重载运算符要定义成非成员函数(是为了保证混合乘法2*SomeRational或者SomeRational*2都可以通过编译,2不能同时进行隐式类型转换成某个Rational,再作this用)。
所以我们一般将之定义成友元函数,像下面这样:
1 class Rational 2 { 3 private: 4 int numerator; 5 int denominator; 6 public: 7 Rational(int n = 0, int d = 1): numerator(n), denominator(d){assert(denominator != 0);} 8 int GetNumerator() const{return numerator;} 9 int GetDenominator() const {return denominator;} 10 friend const Rational operator* (const Rational& r1, const Rational& r2); 11 }; 12 const Rational operator* (const Rational& r1, const Rational& r2) 13 { 14 return Rational(r1.numerator * r2.numerator, r1.denominator * r2.denominator); 15 }
现在我们来引入模板,可以像下面这样写,注意这里的operator*是一个独立的模板函数:
1 template <class T> 2 class Rational 3 { 4 private: 5 T Numerator; 6 T Denominator; 7 8 public: 9 Rational(const T& Num = 0, const T& Den = 1) : Numerator(Num), Denominator(Den){} 10 const T GetNumerator() const 11 { 12 return Numerator; 13 } 14 15 const T GetDenominator() const 16 { 17 return Denominator; 18 } 19 20 string ToString() const 21 { 22 stringstream ss; 23 ss << Numerator << "/" << Denominator; 24 return ss.str(); 25 } 26 }; 27 28 template <class T> 29 const Rational<T> operator* (const Rational<T>& a, const Rational<T>& b) 30 { 31 return Rational<T>(a.GetNumerator() * b.GetNumerator(), 32 a.GetDenominator() * b.GetDenominator() ); 33 }
但下面main函数的两行却都不能通过编译:
1 int main() 2 { 3 Rational<int> a(3, 5); 4 Rational<int> c = a * 2; // 不能通过编译! 5 c = 2 * a; // 不能通过编译! 6 cout << c.ToString() << endl; 7 }
原因是编译器推导T出现了困难,a * 2在编译器看来,可以由a是Rational<int>将T推导成int,但是2是什么,理想情况下编译器会尝试将它先转换成一个Rational<int>,并将T推导成int,但事实上编译器在“T推导过程中从不将隐式类型转换函数纳入考虑”。所以无论是a * 2还是2 * a都是不能通过编译的,一句话,隐式转换+推导T不能被同时被编译器接受。
解决问题的思路便接着产生,编译器既然不能同时接受这两个过程,就让它们事先满足好一个条件,再由编译器执行另一个过程好了。
如果把这个operator*放在template class里面,也就是先在生成模板类的那一步就定下T,这样编译器只要执行隐式转换这一步就可以了。
因此我们可以这样来改:
1 template <class T> 2 class Rational 3 { 4 … 5 friend Rational operator* (const Rational& a, const Rational& b); 6 }; 7 8 template <class T> 9 const Rational<T> operator* (const Rational<T>& a, const Rational<T>& b) 10 { 11 // 这里友元函数的声明并不是用来访问类的私有成员的,而是用来进行事先类型推导的 12 return Rational<T>(a.GetNumerator() * b.GetNumerator(), 13 a.GetDenominator() * b.GetDenominator() ); 14 }
注意红色部分,我们添加了一个友元函数的声明,果然编译通过了,但链接时又报错了,原因是链接器找不到operator*的定义,这里又要说模板类中的一个特殊情况了,它不同与普通的类,模板类的友元函数只能在类中实现,所以要把函数体部分移至到类内,像下面这样:
1 template <class T> 2 class Rational 3 { 4 … 5 friend Rational operator* (const Rational& a, const Rational& b) 6 { 7 return Rational (a.GetNumerator() * b.GetNumerator(), 8 a.GetDenominator() * b.GetDenominator()); 9 } 10 … 11 }
这下编译和链接都没有问题了。这里还要说一下,就是移至类内后,T的标识符可以不写了,但如果非要写成下面这样,自然也是OK的。
1 friend Rational<T> operator* (const Rational<T>& a, const Rational<T>& b) 2 { 3 return Rational<T>(a.GetNumerator() * b.GetNumerator(), 4 a.GetDenominator() * b.GetDenominator()); 5 }
operator*里面只有一句话,但如果friend函数里面的东西太多了,可以定义一个辅助方法,比如DoMultiply(),这个DoMultiply可以放在类外去实现,DoMultiply本身不支持混合乘法(2 * SomeRational或者SomeRational * 2),但由于在operator*里面已经进行了隐式类型转换,所以到DoMultiply这一级是没有问题的。
最后总结一下:
当我们编写一个class template,而它所提供之“与此template相关的”函数支持“所有参数之隐式类型转换”时,请将那些函数定义为“class template内部的friend函数”。