Скотт Майерс - Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

const Rational& rhs); // (подробности см. ниже)

};

template // определение функции

const Rational operator*(const Rational& lhs, // operator*

const Rational& rhs)

{...}

Теперь вызовы operator* с аргументами разных типов скомпилируются, потому что при объявлении объект oneHalf типа Rational конкретизируется класс Rational и вместе с ним функция-друг operator*, которая принимает параметры Rational. Поскольку объявляется функция (а не шаблон функции), компилятор может для вывода типов параметров пользоваться функциями неявного преобразования (например, не-explicit конструкторами Rational) и, стало быть, сумеет разобраться в вызове operator* с параметрами разных типов.

К сожалению, фраза «сумеет разобраться» в данном контексте имеет иронический оттенок, поскольку хотя код и компилируется, но не компонуется. Вскоре мы займемся этой проблемой, но сначала я хочу сделать одно замечание о синтаксисе, используемом для объявления функции operator* в классе Rational.

Внутри шаблона класса имя шаблона можно использовать как сокращенное обозначение шаблона вместе с параметрами, поэтому внутри Ratonal разрешается писать просто Rational вместо Ratonal. В данном примере это экономит лишь несколько символов, но когда есть несколько параметров с длинными именами, это помогает уменьшить размер исходного кода и одновременно сделать его яснее. Я вспомнил об этом, потому что operator* объявлен как принимающий и возвращающий Rational вместо Rational. Также корректно было бы объявить operator* следующим образом:

template

class Rational {

public:

...

friend

const Rational operator*(const Rational& lhs,

const Rational& rhs);

...

};

Однако проще (и часто так и делается) использовать сокращенную форму.

Теперь вернемся к проблеме компоновки. Код, содержащий вызов с параметрами различных типов, компилируется, потому что компилятор знает, что мы хотим вызвать вполне определенную функцию (operator*, принимающую параметры типа Rational и Rational), но эта функция только объявлена внутри Rational, но не определена там. Наша цель – заставить шаблон функции operator*, не являющейся членом класса, предоставить это определение, но таким образом ее не достичь. Если мы объявляем функцию самостоятельно (а так и происходит, когда она находится внутри шаблона Rational), то должны позаботиться и об ее определении. В данном случае мы нигде не привели определения, поэтому компоновщик его и не находит.

Простейший способ исправить ситуацию – объединить тело operator* с его объявлением:

template

class Rational {

public:

...

friend Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)

{

return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(), // та же

lhs.denominator () * rhs.denominator()); // реализация,

} // что и

// в правиле 24

};

Наконец-то все работает как нужно: вызовы operator* с параметрами смешанных типов компилируются, компонуются и запускаются. Ура!

Интересное наблюдение, касающееся этой техники: использование отношения дружественности никак не связано с желанием получить доступ к закрытой части класса. Чтобы сделать возможными преобразования типа для всех аргументов, нам нужна функция, не являющаяся членом (см. правило 24); а для того чтобы получить автоматическую конкретизацию правильной функции, нам нужно объявить ее внутри класса. Единственный способ объявить свободную функцию внутри класса – сделать ее другом (friend). Что мы и делаем. Необычно? Да. Эффективно? Вне всяких сомнений.

Как объясняется в правиле 30, функции, определенные внутри класса, неявно объявляются встроенными; это касается и функций-друзей, подобных нашей operator*. Вы можете минимизировать эффект от неявного встраивания, сделав так, чтобы operator* не делала ничего, помимо вызова вспомогательной функции, определенной вне класса. В данном случае в этом нет особой необходимости, потому что функция operator* и так состоит всего из одной строки, но для более сложных функций с телом это может оказаться желательным. Поэтому стоит иметь в виду идиому «иметь друга, вызывающего вспомогательную функцию».

Тот факт, что Rational – это шаблонный класс, означает, что вспомогательная функция обычно также будет шаблоном, поэтому код в заголовочном файле, определяющем Rational, обычно выглядит примерно так:

template class Ratonal; // объявление

// шаблона Rational

template // объявление

const Rational doMultiply(const Rational& lhs, // шаблона

const Rational& rhs); // вспомогательной

// функции

template

class Rational {

public:

...

friend

const Rational operator*( const Rational& lhs,

const Rational& rhs) // друг объявляет

{ return doMultiply(lhs, rhs};} // вспомогательную

... // функцию

};

Многие компиляторы требуют, чтобы все определения шаблонов находились в заголовочных файлах, поэтому может понадобиться определить в заголовке еще и функцию doMultiply. Как объясняется в правиле 30, такие шаблоны не обязаны быть встроенными. Вот как это может выглядеть:

template // определение шаблона

const Rational doMultiply( const Rational& lhs, // вспомогательной

const Rational& rhs) // функции

{ // в заголовочном файле

return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(), // при необходимости

lhs.denominator () * rhs.denominator());

}

Конечно, будучи шаблоном, doMultiply не поддерживает умножения значений разного типа, но ей это и не нужно. Она вызывается только из operator*, который обеспечивает поддержку параметров смешанного типа! По существу, функция operator* поддерживает любые преобразования типа, необходимые для перемножения объектов класса Rational, а затем передает эти два объекта соответствующей конкретизации шаблона doMultiply, которая и выполняет собственно операцию умножения. Кооперация в действии, не так ли?

• Когда вы пишете шаблон класса, в котором есть функции, нуждающиеся в неявных преобразованиях типа для всех параметров, определяйте такие функции как друзей внутри шаблона класса.

В основном библиотека STL содержит шаблоны контейнеров, итераторов и алгоритмов, но есть в ней и некоторые служебные шаблоны. Один из них называется advance. Шаблон advance перемещает указанный итератор на заданное расстояние: