C++箴言:聲明為非成員函數(shù)的時機(jī)

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我談到讓一個類支持隱式類型轉(zhuǎn)換通常是一個不好的主意。當(dāng)然,這條規(guī)則有一些例外,最普通的一種就是在創(chuàng)建數(shù)值類型時。例如,如果你設(shè)計一個用來表現(xiàn)有理數(shù)的類,允許從整數(shù)到有理數(shù)的隱式轉(zhuǎn)換看上去并非不合理。這的確不比 C++ 的內(nèi)建類型從 int 到 double 的轉(zhuǎn)換更不合理(而且比 C++ 的內(nèi)建類型從 double 到 int 的轉(zhuǎn)換合理得多)。在這種情況下,你可以用這種方法開始你的 Rational 類:
    class Rational {
    public:
    Rational(int numerator = 0, // ctor is deliberately not explicit;
    int denominator = 1); // allows implicit int-to-Rational
    // conversions
    int numerator() const; // Accessors for numerator and
    int denominator() const; // denominator - see Item 22
    private:
    ...
    };
    你知道你應(yīng)該支持類似加,乘等算術(shù)運(yùn)算,但是你不確定你應(yīng)該通過成員函數(shù)還是非成員函數(shù),或者,非成員的友元函數(shù)來實(shí)現(xiàn)它們。你的直覺告訴你,當(dāng)你拿不準(zhǔn)的時候,你應(yīng)該堅(jiān)持面向?qū)ο?。你知道這些,于是表示,有理數(shù)的乘法與 Rational 類相關(guān),所以在 Rational 類內(nèi)部為有理數(shù)實(shí)現(xiàn) operator* 似乎更加正常。與直覺不符,將函數(shù)放置在它們所關(guān)聯(lián)的類的內(nèi)部的主意有時候與面向?qū)ο蟮脑瓌t正好相反,但是讓我們將它放到一邊,來研究一下將 operator* 作為 Rational 的一個成員函數(shù)的主意:
    class Rational {
    public:
    ...
    const Rational operator*(const Rational& rhs) const;
    };
    (如果你不能確定為什么這個函數(shù)聲明為這個樣子——返回一個 const by-value 的結(jié)果,卻持有一個 reference-to-const 作為它的參數(shù)。)
    這個設(shè)計讓你在有理數(shù)相乘時不費(fèi)吹灰之力:
    Rational oneEighth(1, 8);
    Rational oneHalf(1, 2);
    Rational result = oneHalf * oneEighth; // fine
    result = result * oneEighth; // fine
    但是你并不感到滿意。你還希望支持混合模式的操作,以便讓 Rationals 能夠和其它類型(例如,int)相乘。畢竟,很少有事情像兩個數(shù)相乘那么正常,即使它們碰巧是數(shù)字的不同類型。
    當(dāng)你試圖做混合模式的算術(shù)運(yùn)算時,可是,你發(fā)現(xiàn)只有一半時間它能工作:
    result = oneHalf * 2; // fine
    result = 2 * oneHalf; // error!
    這是一個不好的征兆。乘法必須是可交換的,記得嗎?
    當(dāng)你重寫最后兩個例子為功能等價的另一種形式時,問題的來源就變得很明顯了:
    result = oneHalf.operator*(2); // fine
    result = 2.operator*(oneHalf); // error!
    對象 oneHalf 是一個包含 operator* 的類的實(shí)例,所以編譯器調(diào)用那個函數(shù)。然而,整數(shù) 2 與類沒有關(guān)系,因而沒有 operator* 成員函數(shù)。編譯器同樣要尋找能如下調(diào)用的非成員的 operator*s(也就是說,在 namespace 或全局范圍內(nèi)的 operator*s):
    result = operator*(2, oneHalf); // error!
    但是在本例中,沒有非成員的持有一個 int 和一個 Rational 的 operator*,所以搜索失敗。
    再看一眼那個成功的調(diào)用。你會發(fā)現(xiàn)它的第二個參數(shù)是整數(shù) 2,然而 Rational::operator* 卻持有一個 Rational 對象作為它的參數(shù)。這里發(fā)生了什么呢?為什么 2 在一個位置能工作,在其它地方卻不行呢?