C++中模板類的友元過載
一個由《程式設計師面試寶典》引出的問題。
描述模板類的友元過載,用C++程式碼實現?
這實際上考察的是下面幾個問題:
1.模板類的編寫
2.模板類中友元函式的編寫
3.什麼時候會用到友元過載?答案是各種C++中的運算子。最典型的就是輸出操作符<<了。
書上給出的答案如下:
#include <iostream> using namespace std; template<class T> class Test; template<class T> ostream & operator<<(ostream & out,const Test<T> &obj); template<class T> class Test{ private: int num; public: Test(int n=0){num=n;} Test(const Test <T> ©){num=copy.num;} //注意在“<<”後加上“<>”表示這是一個函式模板 friend ostream& operator<< <> (ostream & out,const Test<T> &obj); }; template<class T> ostream& operator<<(ostream & out,const Test<T> &obj){ out<<obj.num; return out; } int main(){ Test<int> t(2); cout<<t; return 0; }
只是對上面註釋的哪一行不是很理解於是翻了下《C++ Primer》,發現書上對這個問題講的很詳細了。複製過來:
類模板中的友元宣告
在類模板中可以出現三種友元宣告,每一種都聲明瞭與一個或多個實體的友元關係:
(1)普通非模板或函式的友元宣告,將友元關係授予明確指定的類或函式
(2)類模板或函式模板的友元宣告,授予對有緣所有例項的訪問權
(2)只授予對類模板或函式模板的特定例項的訪問權的友元宣告
1.普通友元
非模板類或非模板函式可以是類模板的友元:
這個宣告是說,FolBar的成員和fcn函式可以訪問Bar類的任何例項的privete成員和protected成員。template<class Type> class Bar{ //授權給普通類和或函式 friend class FolBar; friend void fcn(); };
2.一般模板友元
友元可以是類模板或函式模板:
template<class Type> class Bar{
//授權給Foo1或temp1_fcn1的任何例項
template<class T> friend class Foo1;
template<class T> friend void temp1_fcn1(const T&);
};
這些友元宣告使用與類本身不同的型別形參,該型別形參指的是Foo1和temp1_fcn1的型別形參。在這兩種情況下,都將沒有數目限制的類和函式設為Bar的友元。Foo1的友元宣告是說,Foo1的任何例項都可以訪問Bar的任何例項的私有成員,類似地,temp1_fcn1的任何例項可以訪問Bar的任意例項。
這個友元宣告在Bar與其友元Foo1和temp1_fcn1的每個例項之間建立了一對多的對映。對Bar的每個例項而言,Foo1或temp1_fcn1的所有例項都是友元。
3.特定的模板友元關係
除了將一個模板的所有例項設為友元,類也可以只授予對特定例項的訪問權。
template<class T> class Foo2;
template<class T> void temp1_fcn2(const T&);
template<class Type> class Bar{
//只授權給引數型別為char*的例項
friend class Foo2<char *>;
friend void temp1_fcn2<char *>(char * const &);
};
即使Foo2本身是類模板,友元關係也只擴充套件到Foo2的形參型別為char*的特定例項。類似地,temp1_fcn2的友元宣告是說,只有引數型別為char*的函式例項是Bar類的友元。形參型別為char*的Foo2和temp1_fcn2的特定例項可以訪問Bar的每個例項。下面形式的友元宣告更加常見:
template<class T> class Foo3;
template<class T> void temp1_fcn3(const T&);
template<class Type> class Bar{
//Bar的每一個例項只能訪問引數型別和Bar相同的Foo3和temp1_fcn3的例項
friend class Foo3<Type>;
friend void temp1_fcn3<Type>(const Type &);
};
這些友元定義了Bar的特定例項與使用同一模板實參的Foo3或temp1_fcn3的例項之間的友元關係,每個Bar例項有一個相關的Foo3和temp1_fcn3友元:
Bar<int> b1;//它的友元是Foo3<int>和temp1_fcn3<int>
Bar<string> bs;//它的友元是Foo3<string>和temp1_fcn3<string>
只有與給定Bar例項有相同模板實參的那些Foo3或temp1_fcn3版本是友元。因此,Foo3<int>可以訪問Bar<int>的私有部分,但不能訪問Bar<string>或者任意其他Bar例項的私有部分。
4.宣告依賴性
當授予給定模板的所有例項的訪問權的時候,在作用域中不需要存在該類模板或函式模板的宣告。實質上,編譯器將友元宣告也當做類或函式的宣告對待。
想要限制對特定例項化的友元關係時,必須在可以用於友元宣告之前宣告類或函式:
template <class T> class A;
template <class T> class B{
public:
friend class A<T>;//ok,A做了宣告
friend class C;//ok,C是一個普通類
template<class S> friend class D;//ok,D是一個模板,並且是對D的所有例項授權
friend class E<T>;//error,需要宣告
friend class F<int>;//error,需要宣告
};
在g++中會出現這個錯誤:
如果沒有事先告訴編譯器該友元是一個模板,則編譯器將認為該友元是一個普通非模板類或非模板函式。
上面就是《C++ Primer》關於模板類中友元的說明,理解完這些後再來看這道題就很好理解。根據第3點,特定的模板友元關係可以明白為什麼需要<>了,實際上是<T>,不過可以只寫成<>。
根據第4點型別依賴性可以明白為什麼在最上面需要加上聲明瞭。
然後可以按照第2點一般模板友元關係的方式進行改寫,程式碼如下:但是感覺沒有這個必要。
注意,此時前面的宣告不需要了,因為按照上面第4點,對所有例項都訪問權時是不需要事先宣告的。
<<後面也不需要<>了。因為此時前面加上了template<class TT>這個關鍵字。
注意:為了防止以後在類模板或函式模板中漏掉<>這個符號,可以這樣記憶,對於類模板或函式模板,要麼有template<class >修飾,要麼有需要有<>兩者必須有其一
#include <iostream>
using namespace std;
template<class T> class Test{
private:
int num;
public:
Test(int n=0){num=n;}
Test(const Test <T> ©){num=copy.num;}
//注意在“<<”後加上“<>”表示這是一個函式模板
template<class TT> friend ostream& operator<< (ostream & out,const Test<TT> &obj);
};
template<class T> ostream& operator<<(ostream & out,const Test<T> &obj){
out<<obj.num;
return out;
}
int main(){
Test<int> t(2);
cout<<t;
return 0;
}
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