Effective C++条款24——若所有参数皆需类型转换,请为此采用non-member涵数（设计与声明）

我在导读中提过，令classes支持隐式类型转换通常是个糟糕的主意。当然这条规则有其例外，最常见的例外是在建立数值类型时。假设你设计一个class用来表现有理数，允许整数“隐式转换”为有理数似乎颇为合理。的确，它并不比C++内置从int至double的转换来得不合理，而还比C++内置从double至int的转换来得合理些。假设你这样开始你的Rational class:

class Rational {
public:
    // 构造函数刻意不为explicit
    // 允许int-to-Rational隐士转换
    Rational(int numerator = 0,
             int denominator = 1);

    // 分子和分母的访问函数
    int numerator() const;
    int denominator() const;

private:
    // ...
};

你想支持算术运算诸如加法、乘法等等，但你不确定是否该由member函数、
non-member函数，或可能的话由non-member friend函数来实现它们。你的直觉告诉你，当你犹豫就该保持面向对象精神。你知道有理数相乘和 Rational class有关，因此很自然地似乎该在Rational class内为有理数实现operator*。条款23曾经反直觉地主张，将函数放进相关class内有时会与面向对象守则发生矛盾，但让我们先把那放在一旁，先研究一下将operator*写成Rational成员函数的写法:

class Rational {
public:
    // ...
    const Rational operator* (const Rational& rhs) const;
};

(如果你不确定为什么这个函数被声明为此种形式，也就是为什么它返回一个const by-value结果但接受一个reference-to-const实参，请参考条款3,20和21。)

这个设计使你能够将两个有理数以最轻松自在的方式相乘:

Rational oneEighth(1, 8);
Rational oneHalf(1, 2);
Rational result = oneEighth * oneHalf;            // 很好
result = result * oneEighth;                      // 很好

但你还不满足。你希望支持混合式运算，也就是拿Rationals和……嗯……例如ints相乘。毕竟很少有什么东西会比两个数值相乘更自然的了——即使是两个不同类型的数值。

然而当你尝试混合式算术，你发现只有一半行得通:

result = oneHalf * 2;        // 很好
result = 2 * oneHalf;        // 错误

这不是好兆头。乘法应该满足交换律，不是吗?

当你以对应的函数形式重写上述两个式子，问题所在便一目了然了:

result = oneHalf.operator*(2);            // 很好
result = 2.opeator*(oneHalf);             // 错误

是的,oneHalf是一个内含operator*函数的 class的对象，所以编译器调用该函数。然而整数2并没有相应的class，也就没有operator*成员函数。编译器也会尝试寻找可被以下这般调用的non-member operator*（也就是在命名空间内或在global作用域内）:

result = operator*(2, oneHalf);        // 错误

但本例并不存在这样一个接受int和Rational作为参数的non-member operator*，因此查找失败。

再次看看先前成功的那个调用。注意其第二参数是整数2，但Rational::operator*需要的实参却是个Rational对象。这里发生了什么事?为什么2在这里可被接受，在另一个调用中却不被接受?

因为这里发生了所谓隐式类型转换(implicit type conversion）。编译器知道你正在传递一个int，而函数需要的是Rational;但它也知道只要调用Rational构造函数并赋予你所提供的int，就可以变出一个适当的Rational来。于是它就那样做了。换句话说此一调用动作在编译器眼中有点像这样:

const Rational temp(2);            // 根据2建立一个暂时性的Rational对象
result = oneHalf * temp;           //　很好

当然，只因为涉及non-explicit构造函数，编译器才会这样做。如果Rational构造函数是explicit，以下语句没有一个可通过编译;

result = oneHalf * 2;                // 错误
result = 2 * oneHalf;                // 错误

这就很难让 Rational class支持混合式算术运算了，不过至少上述两个句子的行为从此一致。

然而你的目标不仅在一致性，也要支持混合式算术运算，也就是希望有个设计能让以上语句通过编译。这把我们带回到上述两个语句，为什么即使Rational构造函数不是explicit，仍然只有一个可通过编译，另一个不可以:

result = oneHalf * 2;                // 没问题，在non-expplicit下
result = 2 * oneHalf;                // 错误

结论是，只有当参数被列于参数列(parameter list）内，这个参数才是隐式类型转换的合格参与者。地位相当于“被调用之成员函数所隶属的那个对象”——即this对象—一的那个隐喻参数，绝不是隐式转换的合格参与者。这就是为什么上述第一次调用可通过编译，第二次调用则否，因为第一次调用伴随一个放在参数列内的参数，第二次调用则否。

然而你一定也会想要支持混合式算术运算。可行之道终于拨云见日:让operator*成为一个non-member函数，俾允许编译器在每一个实参身上执行隐式类型转换:

class Rational {
    // ...                    // 不包括operator*
};

// 非成员函数
const Rational operator* (const Rational& lhs,
                          const Rational& rhs)
{
    return Ratioanl(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
                    lhs.denominator() * rhs.denominator());
}

Rational oneFourth(1, 4);
Ratioanl result;
result = oneFourth * 2;            // 没问题
result = 2 * oneFourth;            // 没问题

这当然是个快乐的结局，不过还有一点必须操心: operator*是否应该成为Rational class的一个friend函数呢?

就本例而言答案是否定的，因为operator*可以完全糟由Rational的public接口完成任务，上面代码已表明此种做法。这导出一个重要的观察: member函数的反面是non-member函数，不是friend函数。太多C++程序员假设，如果一个“与某class相关”的函数不该成为一个member (也许由于其所有实参都需要类型转换，例如先前的Rational的operator*函数)，就该是个friend。本例表明这样的理由过于牵强。无论何时如果你可以避免friend函数就该避免，因为就像真实世界一样，朋友带来的麻烦往往多过其价值。当然有时候friend有其正当性,但这个事实依然存在:不能够只因函数不该成为member，就自动让它成为friend。

本条款内含真理，但却不是全部的真理。当你从 Object-Oriented C++跨进Template C++（见条款1）并让 Rational成为一个class template而非class，又有些需要考虑的新争议、新解法、以及一些令人惊讶的设计牵连。这些争议、解法和设计牵连形成了条款46。

请记住

• 如果你需要为某个函数的所有参数（包括被this 指针所指的那个隐喻参数）进行类型转换，那么这个函数必须是个non-member。