读书笔记_Effective_C++_条款四十六：需要类型转换时请为模板定义非成员函数

这个条款可以看成是条款24的续集，我们先简单回顾一下条款24，它说了为什么类似于operator *这样的重载运算符要定义成非成员函数（是为了保证混合乘法2*SomeRational或者SomeRational*2都可以通过编译，2不能同时进行隐式类型转换成某个Rational，再作this用）。

所以我们一般将之定义成友元函数，像下面这样：

class Rational
{
private:
    int numerator;
    int denominator;
public:
    Rational(int n = 0, int d = 1): numerator(n), denominator(d){assert(denominator != 0);}
    int GetNumerator() const{return numerator;}
    int GetDenominator() const {return denominator;}
    friend const Rational operator* (const Rational& r1, const Rational& r2);
};
const Rational operator* (const Rational& r1, const Rational& r2)
{
    return Rational(r1.numerator * r2.numerator, r1.denominator * r2.denominator);
}

现在我们来引入模板，可以像下面这样写，注意这里的operator*是一个独立的模板函数：

template <class T>
class Rational
{
private:
    T Numerator;
    T Denominator;

public:
    Rational(const T& Num = 0, const T& Den = 1) : Numerator(Num), Denominator(Den){}
    const T GetNumerator() const
    {
        return Numerator;
    }

    const T GetDenominator() const
    {
        return Denominator;
    }

    string ToString() const
    {
        stringstream ss;
        ss << Numerator << "/" << Denominator;
        return ss.str();
    }
};

template <class T>
const Rational<T> operator* (const Rational<T>& a, const Rational<T>& b)
{
    return Rational<T>(a.GetNumerator() * b.GetNumerator(), 
        a.GetDenominator() * b.GetDenominator() );
}

但下面main函数的两行却都不能通过编译：

int main()
{
    Rational<int> a(3, 5);
    Rational<int> c = a * 2; // 不能通过编译！
    c = 2 * a;               // 不能通过编译！
    cout << c.ToString() << endl;
}

原因是编译器推导T出现了困难，a * 2在编译器看来，可以由a是Rational<int>将T推导成int，但是2是什么，理想情况下编译器会尝试将它先转换成一个Rational<int>，并将T推导成int，但事实上编译器在“T推导过程中从不将隐式类型转换函数纳入考虑”。所以无论是a * 2还是2 * a都是不能通过编译的，一句话，隐式转换+推导T不能被同时被编译器接受。

解决问题的思路便接着产生，编译器既然不能同时接受这两个过程，就让它们事先满足好一个条件，再由编译器执行另一个过程好了。

如果把这个operator*放在template class里面，也就是先在生成模板类的那一步就定下T，这样编译器只要执行隐式转换这一步就可以了。

因此我们可以这样来改：

template <class T>
class Rational
{
    …
    friend Rational operator* (const Rational& a, const Rational& b);
};

template <class T>
const Rational<T> operator* (const Rational<T>& a, const Rational<T>& b)
{
    // 这里友元函数的声明并不是用来访问类的私有成员的，而是用来进行事先类型推导的
    return Rational<T>(a.GetNumerator() * b.GetNumerator(), 
        a.GetDenominator() * b.GetDenominator() );
}

注意红色部分，我们添加了一个友元函数的声明，果然编译通过了，但链接时又报错了，原因是链接器找不到operator*的定义，这里又要说模板类中的一个特殊情况了，它不同与普通的类，模板类的友元函数只能在类中实现，所以要把函数体部分移至到类内，像下面这样：

template <class T>
class Rational
{
    …
    friend Rational operator* (const Rational& a, const Rational& b)
    {
        return Rational (a.GetNumerator() * b.GetNumerator(),
            a.GetDenominator() * b.GetDenominator());
    }
    …
}

这下编译和链接都没有问题了。这里还要说一下，就是移至类内后，T的标识符可以不写了，但如果非要写成下面这样，自然也是OK的。

friend Rational<T> operator* (const Rational<T>& a, const Rational<T>& b)
{
    return Rational<T>(a.GetNumerator() * b.GetNumerator(),
        a.GetDenominator() * b.GetDenominator());
}

operator*里面只有一句话，但如果friend函数里面的东西太多了，可以定义一个辅助方法，比如DoMultiply()，这个DoMultiply可以放在类外去实现，DoMultiply本身不支持混合乘法（2 * SomeRational或者SomeRational * 2），但由于在operator*里面已经进行了隐式类型转换，所以到DoMultiply这一级是没有问题的。

 

最后总结一下：

当我们编写一个class template，而它所提供之“与此template相关的”函数支持“所有参数之隐式类型转换”时，请将那些函数定义为“class template内部的friend函数”。