没有学不会的C++:用户自定义的隐式类型转换

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程序员在深圳
2019.03.16 15:36 字数 896

C++ 中的类型转换包含内建类型的转换和用户自定义类型的转换,而这两者都又可分为隐式转换和显示转换,所以一共有如下四象限表格中的 A、B、C、D 四种情况

隐式转换 显示转换
(casting)
内建类型转换
(int, float ...)
A B
用户自定义类型转换
(类 vs 类; 类 vs 内建类型)
C D

本篇只讨论隐式转换,内建类型的隐式转换举例如下

char c = 'A';
int i = c;                 // 将 char 隐式转换为 int,又称 Integral promotion
char* pc = 0;              // int 转换为 Null 指针
dog* pd = new yellowdog(); // 指针类型转换,子类 yellowdog 指针转换为父类 dog 指针

用户自定义的隐式转换是本篇的重头戏,一般我们说自定义隐式转换,指两方面内容:

  1. 利用接受单个参数的构造函数,可以将其他类型的对象转换为本对象
  2. 使用类型转换函数, 将本类的对象转换为其他对象

两者合起来可以构成一个双向转换关系,下面我们看一个例子

class dog {
public:
    dog(string name) {m_name = name;} 
    string getName() {return m_name;}
private:
    string m_name;
};

int main() {
  string dogname = "dog";
  dog d = dogname;
    cout << "my name is " << d.getName() << \n";
  return 0;
};

上面例子中,dog(string name) {m_name = name;} 有两层含义,除了构造函数外,它还可以作为隐式转换函数,将 string 对象转换为 dog 对象,可以看到我们把 dogname 赋给了 dog d,像这样的赋值,通常是无意的行为,而且它触犯了 is-a 原则。

*****如果你不想该构造函数具备隐式转换的特性,你应该使用 explicit 对该函数进行声明**:

explicit dog(string) {m_name = name;}

反过来,我们还可以定义一个转换函数,将 dog 对象转换为 string,如下

class dog {
    // ...
    operator string () const { return m_name; }
};

这样,下面的输出可以简化为:

cout << "my name is " << (string)d << \n";

可以看到,自定义类型的隐式转换很容易写出和本意不符的代码,这些代码往往容易出错,很明显,这样的设计算不上是好设计,相反,我们更应遵循这样的设计原则:

当我们定义一个 api 接口,我们希望正确的使用这个 api 是一件很容易的事情,且它很难被错误使用(理想情况下,当你错误使用一个 api 时,它不能被编译通过),而定义过多的转换函数,却很容易让我们的 api 出错

对于隐式类型转换,应该记住 2 点

  1. 避免定义看上去不符合预期的转换,例如将 string 转换为一个 dog
  2. 避免定义双向的类型转换,A 可以向 B 转换,但继续实现 B 向 A 的转换就过犹不及

当然,隐式转换并不是一无是处,它仍然有存在的意义,下面我们来举一个正面的隐式转换的例子,当你的类是一个处理数字的类型时,例如:有理数类,就可以使用隐式转换技术:

class Rational {
public:
    Rational(int numerator = 0, int denominator = 1)
        : num(numberator), den(denominator) {}
    int num;
    int den;
};
Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs) {
    return Rational(lhs.num*rhs.num, lhs.den*rhs.den);
}
int main() {
    Rational r1 = 23;
    Rational r2 = r1 * 2;
    Rational r3 = 3 * r1;
}

上面代码定义了一个有理数类 Rational,它的构造函数接受 2 个默认参数,分别代表分子和分母,给该构造函数传递一个参数时,Rational 具有隐式转换的特性,所以我们可以直接将数字赋值给 Rational 对象,如:Rational r1 = 23;

为了避免双向转换,这里并没有定义将 Rational 转换为 int 的转换函数,而当我们想实现 Rational 对象和 int 之间自由的算术运算时,我们需要定义全局的操作符重载,如上面的 operator* 定义了有理数的乘法云算符。

参考:https://www.youtube.com/watch?v=S7MNPX73FSQ&list=PLE28375D4AC946CC3&index=16&t=0s

全栈工程师
Gupao