C++箴言：类型转换时定义非成员函数

《C++箴言：声明为非成员函数的时机》阐述了为什么只有 non-member functions（非成员函数）适合于应用到所有 arguments（实参）的 implicit type conversions（隐式类型转换），而且它还作为一个示例使用了一个 Rational class 的 operator* function。我建议你在阅读本文之前先熟悉那个示例，因为本文进行了针对《C++箴言：声明为非成员函数的时机》中的示例做了一个无伤大雅（模板化 Rational 和 operator*）的扩展讨论：

template<typename T> class Rational { public: Rational(const T& numerator = 0, // see《C++箴言：用传引用给const取代传值》for why params const T& denominator = 1); // are now passed by reference const T numerator() const; // see《C++箴言：避免返回对象内部构件的句柄》for why return const T denominator() const; // values are still passed by value, ... // Item 3 for why they're const }; template<typename T> const Rational<T> operator*(const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs) { ... }

    就像在《C++箴言：声明为非成员函数的时机》中，我想要支持 mixed-mode arithmetic（混合模式运算），所以我们要让下面这些代码能够编译。我们指望它能，因为我们使用了和 Item 24 中可以工作的代码相同的代码。仅有的区别是 Rational 和 operator* 现在是 templates（模板）：

Rational<int> oneHalf(1, 2); // this example is from 《C++箴言：声明为非成员函数的时机》, // except Rational is now a template Rational<int> result = oneHalf * 2; // error! won't compile

    编译失败的事实暗示对于模板化 Rational 来说，有某些东西和 non-template（非模板）版本不同，而且确实存在。在《C++箴言：声明为非成员函数的时机》中，编译器知道我们想要调用什么函数（取得两个 Rationals 的 operator*），但是在这里，编译器不知道我们想要调用哪个函数。作为替代，它们试图断定要从名为 operator* 的 template（模板）中实例化出（也就是创建）什么函数。它们知道它们假定实例化出的某个名为 operator* 的函数取得两个 Rational<T> 类型的参数，但是为了做这个实例化，它们必须断定 T 是什么。问题在于，它们做不到。

　　在推演 T 的尝试中，它们会察看被传入 operator* 的调用的 arguments（实参）的类型。在当前情况下，类型为 Rational<int>（oneHalf 的类型）和 int（2 的类型）。每一个参数被分别考察。

　　使用 oneHalf 的推演很简单。operator* 的第一个 parameter（形参）被声明为 Rational<T> 类型，而传入 operator* 的第一个 argument（实参）(oneHalf) 是 Rational<int> 类型，所以 T 一定是 int。不幸的是，对其它参数的推演没那么简单。operator* 的第二个 parameter（形参）被声明为 Rational<T> 类型，但是传入 operator* 的第二个 argument（实参）(2) 的 int 类型。在这种情况下，让编译器如何断定 T 是什么呢？你可能期望它们会使用 Rational<int> 的 non-eXPlicit constrUCtor（非显式构造函数）将 2 转换成一个 Rational<int>，这样就使它们推演出 T 是 int，但是它们不这样做。它们不这样做是因为在 template argument deduction（模板实参推演）过程中从不考虑 implicit type conversion functions（隐式类型转换函数）。从不。这样的转换可用于函数调用过程，这没错，但是在你可以调用一个函数之前，你必须知道哪个函数存在。为了知道这些，你必须为相关的 function templates（函数模板）推演出 parameter types（参数类型）（以便你可以实例化出合适的函数）。但是在 template argument deduction（模板实参推演）过程中不考虑经由 constructor（构造函数）调用的 implicit type conversion（隐式类型转换）。《C++箴言：声明为非成员函数的时机》不包括 templates（模板），所以 template argument deduction（模板实参推演）不是一个问题，现在我们在 C++ 的 template 部分，这是主要问题。

　　在一个 template class（模板类）中的一个 friend declaration（友元声明）可以指涉到一个特定的函数，我们可以利用这一事实为受到 template argument deduction（模板实参推演）挑战的编译器解围。这就意味着 class Rational<T> 可以为 Rational<T> 声明作为一个 friend function（友元函数）的 operator*。class templates（类模板）不依靠 template argument deduction（模板实参推演）（这个过程仅适用于 function templates（函数模板）），所以 T 在 class Rational<T> 被实例化时总是已知的。通过将适当的 operator* 声明为 Rational<T> class 的一个 friend（友元）使其变得容易：