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2009-12-17 08:44:22
看下面表示有理数的一个类：
class rational {
public:
rational(int numerator = 0, int denominator = 1);
int numerator() const;
int denominator() const;
const rational operator*(const rational& rhs) const;
private:
...
};
现在可以很容易地对有理数进行乘法操作：
rational oneeighth(1, 8);
rational onehalf(1, 2);
rational result = onehalf * oneeighth; // 运行良好
result = result * oneeighth; // 运行良好
但不要满足，还要支持混合类型操作，比如，rational要能和int相乘。但当写下下面的代码时，只有一半工作：
result = onehalf * 2; // 运行良好
result = 2 * onehalf; // 出错!
上面出错的代码行等价于：result = 2.operator*(onehalf)；因为整数2没有相应的类，所以没有operator*成员函数。编译器还会去搜索一个可以象下面这样调用的非成员的operator*函数（即，在某个可见的名字空间里的operator*函数或全局的operator*函数）：
result = operator*(2, onehalf); // 错误!
但没有这样一个参数为int和rational的非成员operator*函数，所以搜索失败。
再看看那个成功的调用。它的第二参数是整数2，然而rational::operator*期望的参数却是rational对象。怎么回事？为什么2在一个地方可以工作而另一个地方不行？
秘密在于隐式类型转换。编译器知道传的值是int而函数需要的是rational，但它也同时知道调用rational的构造函数将int转换成一个合适的rational，所以才有上面成功的调用（见条款m19）。换句话说，编译器处理这个调用时的情形类似下面这样：
const rational temp(2); // 从2产生一个临时
// rational对象
result = onehalf * temp; // 同onehalf.operator*(temp);
当然，只有所涉及的构造函数没有声明为explicit的情况下才会这样，因为explicit构造函数不能用于隐式转换，这正是explicit的含义。如果rational象下面这样定义：
class rational {
public:
explicit rational(int numerator = 0, // 此构造函数为
int denominator = 1); // explicit
...
const rational operator*(const rational& rhs) const;
...
};
那么，下面的语句都不能通过编译：
result = onehalf * 2; // 错误!
result = 2 * onehalf; // 错误!
这不会为混合运算提供支持，但至少两条语句的行为一致了。
然而，我们刚才研究的这个类是要设计成可以允许固定类型到rational的隐式转换的——这就是为什么rational的构造函数没有声明为explicit的原因。这样，编译器将执行必要的隐式转换使上面result的第一个赋值语句通过编译。实际上，如果需要的话，编译器会对每个函数的每个参数执行这种隐式类型转换。但它只对函数参数表中列出的参数进行转换，决不会对成员函数所在的对象（即，成员函数中的*this指针所对应的对象）进行转换。这就是为什么这个语句可以工作：
result = onehalf.operator*(2); // converts int -> rational
而这个语句不行：
result = 2.operator*(onehalf); // 不会转换
// int -> rational
第一种情形操作的是列在函数声明中的一个参数，而第二种情形不是。
尽管如此，你可能还是想支持混合型的算术操作，而实现的方法现在应该清楚了：使operator*成为一个非成员函数，从而允许编译器对所有的参数执行隐式类型转换：
class rational {
... // contains no operator*
};
// 在全局或某一名字空间声明，
// 参见条款m20了解为什么要这么做
const rational operator*(const rational& lhs,
const rational& rhs)
{
return rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
lhs.denominator() * rhs.denominator());
}
rational onefourth(1, 4);
rational result;
result = onefourth * 2; // 工作良好
result = 2 * onefourth; // 万岁, 它也工作了!
这当然是一个完美的结局，但还有一个担心：operator*应该成为rational类的友元吗？
这种情况下，答案是不必要。因为operator*可以完全通过类的公有（public）接口来实现。上面的代码就是这么做的。只要能避免使用友元函数就要避免，因为，和现实生活中差不多，友元（朋友）带来的麻烦往往比它（他/她）对你的帮助多。
让我们回头再来看看本书那个主要的例子，string类。如果想重载operator>>和operator<<来读写string对象，你会很快发现它们不能是成员函数。如果是成员函数的话，调用它们时就必须把string对象放在它们的左边：
// 一个不正确地将operator>>和
// operator<<作为成员函数的类
class string {
public:
string(const char *value);
...
istream& operator>>(istream& input);
ostream& operator<<(ostream& output);
private:
char *data;
};
string s;
s >> cin; // 合法, 但
// 有违常规
s << cout; // 同上
这会把别人弄糊涂。所以这些函数不能是成员函数。注意这种情况和前面的不同。这里的目标是自然的调用语法，前面关心的是隐式类型转换。
所以，如果来设计这些函数，就象这样：
istream& operator>>(istream& input, string& string)
{
delete [] string.data;
read from input into some memory, and make string.data
point to it
return input;
}
ostream& operator<<(ostream& output,
const string& string)
{
return output << string.data;
}
注意上面两个函数都要访问string类的data成员，而这个成员是私有（private）的。但我们已经知道，这个函数一定要是非成员函数。这样，就别无选择了：需要访问非公有成员的非成员函数只能是类的友元函数。
本条款得出的结论如下。假设f是想正确声明的函数，c是和它相关的类：
·虚函数必须是成员函数。如果f必须是虚函数，就让它成为c的成员函数。
·operator>>和operator<<决不能是成员函数。如果f是operator>>或operator<<，让f成为非成员函数。如果f还需要访问c的非公有成员，让f成为c的友元函数。
·只有非成员函数对最左边的参数进行类型转换（即上文的：result = 2 * onehalf; // 错误!）。如果f需要对最左边的参数进行类型转换，让f成为非成员函数。如果f还需要访问c的非公有成员，让f成为c的友元函数。
·其它情况下都声明为成员函数。如果以上情况都不是，让f成为c的成员函数。
