C++模板类中关于用户定义运算符的隐式转换

Question

我有一个结构模板A<x>和一个与int相加的+运算符。

#include <iostream>
template<int x>
struct A{
    int a;  
};
template<int x>
int operator+(A<x> a, int b){
    return a.a+b;
}

我创建了一个结构体模板 B<x>，可以转换为 A<x>。

template<int x>
struct B{
    int b=3;
    operator A<x>(){
        return {b+10};
    }
};

现在我希望在调用 B<x> + int 时，将 B<x> 转换为 A<x>。

int main(){
    std::cout<<(A<12>{9}+10)<<std::endl;//OK
    std::cout<<(B<12>{9}+10)<<std::endl;//Error
    return 0;
}

我阅读了 模板类重载运算符时的隐式转换，并撰写了以下内容：

template<int x>
struct B{
    int b=3;
    operator A<x>(){
        return {b+10};
    }
    friend int operator+(A<x> a, int b);
};

我曾尝试使用 friend int operator+(A<x> a, int b) 声明来实现相关操作，但由于其与 template<int x> int operator+(A<x> a, int b) 不匹配，因此未能成功。

我阅读了 C++ - How to declare a function template friend for a class template 并添加了模板友元声明，但模板参数无法推断。

当然，我可以为 A 和 B 分别编写 operator+，但我有数十个运算符，而且不想这样做。

请问正确的解决方法是什么？

- eivour

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我认为，你不能使用相同的运算符，除非你在B内声明模板友元运算符，或者B是从A派生而来。 - Swift - Friday Pie

你不能制作operator+模板吗？ - W.F.

@W.F. 对的，在提供的代码中它没有被声明为模板，它的模板应该在类中定义，以便与类模板实例同时存在。如果B是从它派生出来的，就可以使用为A定义的运算符。 - Swift - Friday Pie

你能触摸到 A 吗？ - T.C.

@T.C. 是的，我也可以更改 A。 - eivour

Answer 1

针对为类 A 创建非成员 operator+ 的两种方法，我们可以使用函数模板：

template <int x>
int operator+(A<x>, int);

这将不匹配B<x>，因为我们只是进行模板推导，而不允许转换。

或者，我们可以将其设置为友元非模板：

template <int x>
struct A {
    friend int operator+(A a, int );
};

这也不会匹配B<x>，因为名称查找不会考虑该函数。 除非我们告诉它：

template <int x>
struct B {
    friend int operator+(A<x>, int ); // NB: not a template
};

现在，我们考虑原始的非模板 operator+，进行所需的转换，您的代码将打印29。

- Barry

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@Barry 我认为他的意思是之前在两个类之外定义的二进制operator+(...)现在已经不被A所看到了。因此，你是正确的，代码打印出29，但是打印出19的第一行会抛出一个错误。从你的回答中并不能清楚地看出这一点。 - pingul

@pingul 嗯？不，只要在类中定义了A操作符，两种方式都可以工作。 - Barry

@Barry，你的意思是我应该在B<x>和A<x>中都定义（而不是声明）operator+吗？ - eivour

@Barry 也许你可以提供一个可运行的例子吗？我尝试解释你的答案，但是我无法复现结果。 - pingul

@Barry 哦，我明白了；我误解了你所说的将函数设为“友元非模板”的意思。我在你的答案中添加了一个完整可用的示例。如果你不喜欢它，可以选择不接受，但这对我理解你的答案很有必要。 - pingul

Answer 2

你可能已经看到过这个了，但是仍然可以进行显式转换，并且可能很有用：

int main(){
    std::cout<<(A<12>{9}+10)<<std::endl;                     // prints 19
    std::cout<<(static_cast<A<12>>(B<12>{9})+10)<<std::endl; // prints 29
    return 0;
}

- pingul

Answer 3

我尝试使用以下（可运行的）代码编辑Barry的答案，它产生了正确的输出，但是被拒绝了。

如果其他人也感兴趣，我会在这里添加它。

#include <iostream>

template <int x>
struct A {
    int a;
    friend int operator+(A a, int b) { return a.a + b; }
};

template <int x>
struct B {
    int b;
    operator A<x>() { return {b+10}; }
    friend int operator+(A<x>, int );
};

int main() {
    std::cout << (A<12>{9} + 10) << std::endl;
    std::cout << (B<12>{9} + 10) << std::endl;
}

Which prints

19
29

- pingul

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为什么当我将结构体B中的friend int operator+(A<x>, int );更改为类似friend int operator+(A<12>, int );时会出现错误？难道不应该导致相同的结果吗？ - Phil

Answer 4

希望这能对你有所帮助。

我有一个模板友元 operator+

从 A<x> 派生并编译通过，但在调用 friend operator+ 后，变量 a 未初始化，因此我得到了立即值。你必须以某种方式设置 a，这似乎可以解决问题。

#include <iostream>

template<int x>
struct A
{
    int a{x};
};

template<int x>
int operator+(A<x> a, int b)
{
    return a.a+b;
}

template<int x>
struct B : A<x>
{
    int b;

template<int U>
    friend int operator+(A<U> a, int b);
};

int main(void)
{
    std::cout<< (A<20>{}+10)<<std::endl; // prints 30
    std::cout<< (B<10>{}+10)<<std::endl; // prints 20
    return 0;
}

- kocica

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它编译通过了，但是结果却改变了。我想在从B转换为A时自动添加10。同时，我也不希望用户在使用B时更改a的值。 - eivour

@eivour 它不会改变任何 A 的实例。我会看一下在转换时如何添加 10。 - kocica