C++：如何在抽象类的方法中返回抽象类

Question

我有一个抽象类，它有两个派生类。我试图在基类中重载operator+，这样我就可以像这样进行操作：derivedClass=derivedClass+differentDerivedClass：

class iMatrix{
iMatrix operator+(const iMatrix& obj)
}

class UsualMatrix : public iMatrix

class SparseMatrix : public iMatrix 

在main函数内部，我想要进行以下操作：

SparseMatrix a, b;
UsualMatrix c=a+b;

我有拷贝构造函数和其他可能有用的东西。现在，如果我像这样创建函数：

iMatrix operator+(const iMatrix& obj)

编译器（Xcode中的LLVM）显示“返回类型'iMatrix'是抽象类”，但理论上其他所有内容都应该正常工作。我已经阅读了手册和其他StackOverflow线程，所以我尝试了这个：

iMatrix& operator+(const iMatrix& obj)

而一个函数本身会“将obj添加到this”并返回*this。问题在于当我执行c=a+b时，a变成了等于c，但它本不应该改变。

a=
1 1 
1 1 
b=
1 1 
1 1 
a+b=c; 
c=
2 2 
2 2 
b=
1 1 
1 1 
a=
2 2 
2 2 

我该怎么办？加法和乘法必须在基类中实现，但我不知道如何修复此错误。 非常感谢您的任何建议。

- JonathanX64

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多态和值语义不适合在一起使用。 - Guillaume Racicot

你真的需要一个抽象类型来表示矩阵吗？ - juanchopanza

@juanchopanza 是的，因为这是大学任务，教我们抽象类和其他东西 :) - JonathanX64

好的，也许这应该是一个反例。你已经发现了这种方法的一个问题。 - juanchopanza

Answer 1

你的意图设计中存在的问题是抽象返回类型。抽象类不能按值返回，只有具体类能按值返回。因此，要返回抽象类，您需要一个指针或引用。

不幸的是，这与 operator+() 的语义不兼容:

要么您通过引用返回当前对象，并在操作中更改它；但这与预期的语义不符，而且还可能导致错误答案（例如，在执行 c = a+b+a+b; 时）;

要么您将返回对临时对象的引用。但这会导致未定义行为，因为当函数返回时，临时对象就会消失，使得引用无关了。

最后，operator+() 将没有办法自己决定用于返回的具体类型。例如：SparseMatrix a; UsualMatrix b; a+b; 对于矩阵a+b应该使用哪种类型？

您可以在操作符中使用多态和抽象类型，但不能作为返回类型。要实现这种东西，您需要选择自己的一组操作符，并让调用者手动管理临时结果。

UsualMatrix c,tmp; 
SparseMatrix a,b,x; 
...
a.add(b, tmp);
tmp.add(x, c);   // c = a+b+x; 

使用 virtual void add(const iMatrix& x, iMatrix z) = 0; 实现

- Christophe

Answer 2

一个解决方案可能是像这样的非成员函数：

template <
  typename T,
  typename = typename std::enable_if<std::is_base_of<iMatrix, T>::value>::type
>
T operator+(T const & a, T const & b) {
   T res; 
   // calculate res
   return res;
}

iMatrix 是一个抽象类，因此您无法返回它的实例。在上面的示例中，我们对 iMatrix 的所有派生类 T 重载了 operator+，并可以返回 T 实例。

- amin

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对我来说，这似乎是个好的解决方案，但是却产生了相同的错误：“重载的'operator+'必须是一元或二元运算符（有3个参数）”。 - JonathanX64

不要将其编写为成员函数 :-) @JonathanX64 - amin

这不会破坏运行时多态性吗？ - juanchopanza

@juanchopanza 当U和T都是派生类时，operator+(T const＆，U const＆)应该发生什么？ - amin

@amin 确切地说，应该发生什么？ - juanchopanza