数组类模板中的[ ]运算符重载问题

丝毫不夸张，这真的是我在大便的时候想出来的...[speechless]

注：在《C++ Primer Plus》6th P577，书上光是使用了如下代码，但是没有分析为什么：

//arraytp.h -- Array Template

#ifndef ARRAYTP_H_

#define ARRAYTP_H_

#include

#include

using namespace std;

template

class ArrayTP

{

public:

    ArrayTP() {}

    explicit ArrayTP(const Type & v);

     virtual Type & operator[](int i);

     virtual Type operator[](int i) const;

private:

    Type ar[n];

};

template

ArrayTP::ArrayTP(const Type & v)

{

    for (int i = 0; i < n; ++i)

    {

         ar[i] = v;

    }

}

template

Type & ArrayTP::operator[](int i)

{

    if (i < 0 || i >= n)

    {

         cerr << "Error in array limits: " << i << " is out of range\n";

         exit(EXIT_FAILURE);

    }

    return ar[i];

}

template

Type ArrayTP::operator[](int i) const

{

    if (i < 0 || i >= n)

    {

         cerr << "Error in array limits: " << i << " is out of range\n";

         exit(EXIT_FAILURE);

    }

    return ar[i];

}

#endif

首先请注意，为什么在类中重载了两次[ ]运算符，而且实现的功能“完全相同”，除了 一个为返回引用为非const版本，一个返回值为const版本。两个函数的返回都不是局部变量，返回引用和值有区别吗？如果追求效率那就都用返回引用不就好了吗？为什么引用对应的是非const版本而值对应的是const版本？这是巧合吗？

然后，又不由分说的使用了如下代码：

//twod.cpp -- making a 2-d array

#include

#include "array.h"

int main(void)

{

    using std::cout;

    using std::endl;

    ArrayTP sums;

    ArrayTP aves;

     ArrayTP, 10> twodee;

    int i, j;

    for (i = 0; i < 10; ++i)

    {

         sums[i] = 0;

         for (j = 0; j < 5; ++j)

         {

              twodee[i][j] = (i + 1) * (j + 1);

             sums[i] += twodee[i][j];

         }

         aves[i] = (double) sums[i] / 10;

    }

    for (i = 0; i < 10; ++i)

    {

         for (j = 0; j < 5; ++j)

         {

             cout.width(2);

             cout << twodee[i][j] << ' ';

         }

         cout << ": sum = ";

         cout.width(3);

         cout << sums[i] << ", average = " << aves[i] << endl;

    }

     cout << "Done.\n";

     return 0;

}

先说个题外话，这里使用了模板的递归多功能性：ArrayTP, 10> twodee; 。这使得 twodee 是一个包含10个元素的数组，其中每个元素都是一个包含5个 int 元素的数组。与之等价的常规数组声明：int twodee[10][5]; 。请注意，在模板语法中，维的顺序与等价的二维数组相反，想清楚了原因就很容易记忆了，就用这个例子来说，这是声明的一个10行5列的数组，在模板数组中，先看内层：声明一个5维数组（一行有5个元素，即我们把它看成5列），再看外层，声明一个10维数组（一列有10个元素，即我们把它看成10行，每一行都是一个5维数组），所以与常规数组的声明顺序相反。但是！在使用时，与常规数组的使用方法无二异，即：twodee[i][j]，先是 i 行，然后是 j 列。

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等等等等，有个疑点，为什么 声明的顺序相反，而调用的顺序相同，而且调用的时候又是使用的[ ]运算符，想到这里，我就觉得找到了突破口。

Brainy is new sexy.

• 为什么有const和非const两个版本？

因为在程序中有的地方将 ar[i] 作为右值（cout << sums[i];），有的地方将 ar[i] 作为左值（sums[i] = 0;），有的地方两种版本都使用了（sums[i] += twodee[i][j];、aves[i] = (double) sums[i] / 10;）。作为右值时不需要修改数据，是const版本；作为左值时需要修改数据，是非const版本。

• 为什么引用对应的是非const版本而值对应的是const版本？

因为返回值时（const）不需要修改成员变量（右值），返回数组的副本，所以使用const修饰符限制成员函数；而返回引用时（非const）需要修改成员变量（左值），所以只能用引用和非const。而且返回引用只能对应非const（需要修改成员数据，不能加const限定符），返回值只能对应const（如果为了追求效率，const版本加上&变成返回引用，则不能使用const限定符，因为编译器无法将带有const限定符的数据转换为非const数据，这也是引入const限定符作为保护数据不被随意修改的初衷，详见我的《const修饰符的作用》；如果为了编译通过去掉const的话，不就变成了返回引用的非const版本了吗，哈哈，这里就有了两个相同的函数声明，没必要声明两次，当然编译器也不允许。）

• 为什么声明的顺序相反而调用的顺序相同？二维模板数组的使用究竟是怎样实现的？（以左值为例）

twodee[i][j]   <==>   (twodee.operator[ ](i)).operator[ ](j)

首先是内层调用，这里使用的是返回引用非const版本，调用结束之后，函数返回的是一个对象的引用，所以可以再次调用运算符成员函数；

其次是外层调用，由于内层调用函数的返回值为一个对象的引用，所以可以再次调用运算符成员函数，两个都应该是返回引用的非const版本，因为是左值需要修改数据。

具体的调用哪个版本的运算符成员函数，最终还是取决于编译器对具体语句功能的解析。

到此，基本讲清了这里面的关系，yeah！