正确模拟 [] 运算符

Proper simulation of [] operator

本文关键字：运算符 模拟      更新时间：2023-10-16

考虑包含数字数组的数字类的情况。我希望类用户可以轻松访问数字，所以我重载了 [] 运算符，以便用户可以以 10 的幂选择一个数字，例如。数字[2]是代表百的数字，依此类推。该类是索引安全的 - 如果用户指定的索引超出范围，则返回 0（因为 10 = 0010）。

但是，设置数字需要更多的努力，因为如果指数超过保存数字的内部表的大小，则必须扩展后者。

很明显，必须选择不同的方法，无论用户是否要检索数字以及何时要存储它。我想出了以下解决方案（这些类是部分的，只是为了展示这个想法）：

class Number;
class Digit
{
    friend class Number;
private:
    Number number;
    int exponent;
    Digit(Number & newNumber, int newExponent) 
        : number(newNumber), exponent(newExponent)
    {
    }
public:
    operator unsigned char() 
    {
        return number.GetDigit(exponent);
    }
    void operator = (unsigned char digit) 
    {
        number.SetDigit(exponent, digit);
    }
};
class Number
{
    friend class Digit;
private:
    unsigned char GetDigit(int exponent) { ... };
    void SetDigit(int exponent, unsigned char value) { ... };
public:
    Digit operator [] (int exponent)
    {
        return Digit(*this, exponent);
    }
}

Digit类中的运算符显然调用了一些私有Number的方法，以便用户可以分配一个值并检索一个值。我也可以采取不同的行动，无论用户是否想要检索价值以及何时想要存储它。

但是，const存在一个问题。如果 Number 类实例是 const，则运算符 [] 不能被调用，除非它也被标记为 const。但是，Digit 类不能实例化，因为它需要 Number &，而 const Number 和 被传递。

一种解决方案涉及使用const_cast，但感觉就像使用黑客 - 更不用说，删除 const 将允许用户使用 Digit 的运算符 = 修改数字实例。有没有办法解决这个问题，而不是使用const_cast或编写另一个类，比如ConstDigit？

另一个问题：我不希望用户存储 Digit 的实例，因为它只是为了用户的舒适而提供的。私有复制构造函数阻止用户存储数字，例如：

auto digit = number[5];

但是，他仍然可以通过引用存储数字：

auto digit & = number[5];

数字通过引用传递给数字（请参阅 Digit 构造函数）以防止指针出现问题，但在这种情况下它不会阻止 AV

： 
auto number = new Number();
auto & digit = (*number)[5];
delete number;
digit = 12;

我可能会禁止用户在 Number 上使用新运算符，但也许还有另一种方法？

一个更长的答案，为什么我不能通过引用返回数字。

该数字被保存为两个单独的向量，一个用于整数部分，一个用于分数部分（我已经简化了相关示例，但在这里并不重要）。例如

123.456

存储为

intPart : {3, 2, 1}
fracPart : {4, 5, 6}

如果用户请求第 100 位的数字，我只需检查它是否超出数组边界并返回 0（因为 - 正如我所提到的，10 = 0010 = 00010 = ...等等）

但是，如果用户希望设置数字，我必须扩展数组以填充所有剩余的指数，例如。

100 // user wants to set millions' digit to 5
5 [000] 100 // i have to add these empty digits

当然，我也可能在 [] 运算符中这样做。但是，如果用户决定将第 100 位数字设置为 0，我将不得不白白添加 98 位数字，如果他尝试这样做，我什至无法检查（并且该数字应该以尽可能小的表示形式存储，既不存在前导零也没有尾随零）。我也没有办法在他的任务后压缩存储。

当然，解决方案之一是放弃 [] 运算符并使用 getter/setter。但重点是使类易于使用，并且 [] 运算符比一对 getter/setter 方法更能满足这一假设:)

我将从你的第二个问题开始回答：如果你引用，你必须确保它在你想访问它时仍然有效。在您的示例中，情况绝对不是这样。我看到这一点，这应该是一个简化的示例，以显示引用的对象在通过先前存储的引用访问之前在某处被销毁的情况。你不能（直接）解决这个问题。

你也可以在STL中偶然发现这个"问题"。例如，如果您引用了向量元素，然后在向量中插入了一些内容，请注意引用（可能）变得无效，因为容器内容可能由于新的内存分配而移动到了其他地方。

我看到避免这种情况的唯一方法是使用智能指针。至少要保证对对象的访问是安全的。这不会让你访问一个新对象，如果某些代码改变了你的背后，用新数字替换(*number)[5]。

现在回到你的第一个问题：目前，我看不出你打算如何在Number对象上设置某个数字。您确实有一个数字赋值运算符，但由于Number::operator[]按值返回数字，因此不能使用它来设置数字。

我认为我的（错误）理解只是由于不完整的代码示例。请适当扩展。现在，我假设Number的Digit在 Number 的构造函数中初始化，并且您的operator[]仅用于访问。

通常，您可以只创建返回const Digit的所述运算符的const版本。如果您不能 100% 确定对象不是常量，请不要使用 const_cast 来删除const。否则，您将获得未定义的行为。但是，使用 const_cast 在非 const 对象中添加/删除const是安全的。这对于重用const和非const访问方法的代码非常有用。非const方法可以添加const，调用const访问方法，然后安全地从返回值中删除const（这取决于您的实现）。有关更多详细信息，请参阅Scott Meyers的"有效C++"。

也就是说，我必须补充一点，在调用operator[]时，我通常期望引用一个对象，这可能允许我更改对象（例如：std::vector或std::map）。如果它仅用于只读访问，则按 const 引用或 const 值返回，而不是按（非常量）值返回。否则，像这样的错误 

Number[5] = 12;

会发生并被忽视。读者会假设12被分配给数字stored in Number[5]。实际上，它仅存储在所述Digit的副本中。如果Number::operator[]只返回const Digit，编译器将捕获这一点。

编辑

我看到您如何返回按值但仍然修改原始数字。但是，我仍然觉得这个界面不直观。在大多数情况下，只有当它提供一致的、甚至更好的直观行为时，为您的类提供运算符才是明智的。查看您的operator[]声明，我只看到它按值返回Digit。你的界面告诉我，我得到一份。没有办法看到它在内部仍然修改了我的Number对象。

因此，我认为如果您使用 getter/setter 方法，界面会更清晰。

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