读书笔记：Effective C++ 炒冷饭 - Iitem46 参数需要类型转换时为模板定义非成员函数

读书笔记：Effective C++ 炒冷饭 - Iitem46 参数需要类型转换时为模板定义非成员函数

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Justin 于 2010-05-01


大师的课上到46堂了，今天课前要求复习一下24课的内容。
如果你懒得自己去看，这里大概提一下：24课说的是如果在实际调 用中，某个函数的任何一个参数都有可能是其他类型数据通过“类型转换”转换过来的，这个函数最好是写成非成员函数。（哪 怕回去24节看，扫一遍书上的例子也知道是什么意思了）

现在把24课的内容升级为模板，就有了下面的代码：

template  typename T >
class  Rational {
    public :
      Rational( const  T &  num  =   0 ,  const  T &  denom  =   1 )
      {
         _numerator  =  num;
         _denominator  =  denom;
      }
#if  OPTION2
      friend  const  Rational  operator * ( const  Rational &  lhs,  const  Rational &  rhs);
#endif
#if  OPTION3
friend  const  Rational  operator   *  ( const  Rational &  lhs,  const  Rational &  rhs)
{
    return  Rational(lhs.numerator()  *  rhs.numerator(), lhs.denominator()  *  rhs.denominator());
}
#endif

       const  T numerator()  const  {  return  _numerator; }
       const  T denominator()  const  {  return  _denominator; }

    private :
      T _numerator;
      T _denominator;
       // ..
};
#if  OPTION1 || OPTION2
template  typename T >
const  Rational T >   operator   *  ( const  Rational T >&  lhs,  const  Rational T >&  rhs)
{
    return  Rational T >  (lhs.numerator()  *  rhs.numerator(), lhs.denominator()  *  rhs.denominator());
}
#endif

int  main( void )
{
   Rational int >  oneFourth( 1 ,  4 );
   Rational int >  result;
   result  =  oneFourth  * 2 ;
// ..
}

当OPTION1为真时，就是item24中的实现方法：用非成员函数来使得所有的参数都可以接受类型转换。
但是编译不能通过。这说明模板C++的世界是不一样的： 对于以上代码的非模板版本，编译器只需要关心哪个函数可以调用就可以了；
而引入模板后， 由于一个模板函数可以有无数个实例，编译器首先要知道的是应该生成哪一个实例，然后才是调用。
OPTION1为真时的代码，这个模板函数在编译时期就会碰到问题：模板参数无法确定。本来说好了接受一个Rational & 类型参数的，现在(在main()里 的第三行)给我一个int，叫我怎么办？
如果我是编译器的话我会认为这种情况下模板参数T就是int，于是实例化下面的函数

const  Rational int >   operator   *  (  const  Rational int >&  lhs,  const  Rational int >&  rhs );

该函数可以通过隐式类型转换接受int类型的参数，顺利完成任务！
可是，编译器很笨，做不到。

于是可以考虑关掉OPTION1，打开OPTION2：把模板非成员函数当成友元+非成员+模板函数。为什么需要友元呢？
OPTION1失败的原因是编译器无法生成合适的模板函数实例，它认为没有合适的实例可以调用，于是编译失败。
如果模板函数变成友元，编译器首先看到有Rational 对象定义出来(main()中第二第三行)，就认为会有一个下面的函数 作为友元：

const  Rational int >   operator   *  (  const  Rational int >&  lhs,  const  Rational int >&  rhs );

当然，它不会在编译阶段去计较是不是真的有这么一个函数实例（友元嘛，就是朋友的东东，朋友说有，我就相信有咯～）
于是，编译通过！
可是编译通过后，链接却出了问题：到链接阶段才发现，这个“朋友”的模板函数根本没有实例可以调用！（还是一样的问题， 没有可以接受int参数的版本。朋友也不可靠啊……）
问题就在类外部的友元模板函数仅仅在类中得到了声明(declaration)而没有被定义(definition)。对于模板函数，使用者既需要声明，又需要定义。(比如说 vector v，事实上已经通过制定模板参数完成了模板函数的定义。)

于是终于到了最后一步：关掉OPTION1, OPTION2，打开OPTION3。
无可奈何中我们把友元函数的定义放到了模板类的定义中，相当于把这个“朋友”拉上了船，只要我被定义了，你就一定会被定义。同甘共苦，才算是真的朋友@#￥%
于是编译通过了，因为编译器看到了如下的函数被声明

const  Rational int >   operator   *  (  const  Rational int >&  lhs,  const  Rational int >&  rhs );

于是链接通过了，因为随着Rational 对象的定义，上面的函数也实际被定义了出来，编译器很高兴，结果很完美。

事实上这次的读书笔记记了两次，当我重新看第一次的笔记时竟然不知所云，于是重新看了一次，也修改了第一版的笔记成为 第二版。
看来，模板真的很能搞……