c++ - 为非数组元素重载下标运算符

Question

我编写了一个模板类，用于将多个 bool 值存储在一个整数中。现在，设置和获取每个 bool 都是通过显式函数完成的

    bool isBitSet(int index)
    {
        return static_cast<bool>((block_ >> index) % 2)
    }

    void setBitOn(int index)
    {
        block_ |= 1 << index;
    }

我相信下面的方法可以获取一个值，但是由于我们不能直接返回一个引用，设置将如何工作呢？

    const bool operator [] (int index) const 
    {
        return static_cast<bool>((block_ >> index) % 2);
    }

Answer 1

在 std::vector<bool> 中也是如此在std::bitset在标准库中。如 reference 中所述, std::vector<bool>它返回一个代理类，该类的运算符被重载以充当 vector 的元素。

你也可以。

有关用户友好的示例，请再次参阅 reference对于公共(public)接口(interface)，它是这样的:

template <class Allocator>
class vector<bool, Allocator> {
  // ...
  public:
    class reference {
        friend class vector;
        reference();
      public:
        ~reference();
        operator bool() const;
        reference& operator=(bool x);
        reference& operator=(const reference&);
        void flip();
    };
  // ...
};

要实现此类，您应该存储一个指向实际数据 block 的成员指针和一个用于操作的掩码。

举个真实的例子，在 g++ 头文件中寻找 std::vector<bool> 的成员类称为 std::vector<bool>::_Bit_reference在文件中bits/stl_bvector.h .

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通过示例阐明 OP:

假设您有一个包含 320 个 bool 值的类。你可以把它写成:

class boolcontainer {
  uint32_t data[10];
public:
  //default ctor. to initialize the elements with zeros
  boolcontainer() { for (int i = 0; i < 10; ++i) { data[i] = 0; } }
}

您想添加一个运算符[]。添加一个 const 很容易:

class boolcontainer {
  uint32_t data[10];
public:
  bool operator[](int i) const { return data[i/32] & (1 << (i%32)); }
}

要拥有一个非常量，您需要更多。首先，您需要创建一个代表对您的值的引用的类。您必须有某种指向值存储位置的指针，并且(在这种情况下)您需要一个位掩码来指定一个具体位。为了能够将其作为 bool& 处理，您需要添加一些运算符，即转换为 bool 和 operator=:

class reference {
  uint32_t *dataptr;
  uint32_t mask;
public:
  //constructor just initializing members
  reference(uint32_t *dataptr_, uint32_t mask_) : dataptr(dataptr_), mask(mask_) {}

  //conversion to bool
  operator bool() const {
    //just like in the getter, but the bitmask is stored now locally
    return *dataptr & mask;
  }

  //sets one single bit represented by mask to b
  reference& operator=(bool b) {
    if (b) {
      *dataptr |= mask;
    } else {
      *dataptr &= ~mask;
    }
    return *this;
  }

  //TODO copy ctor., operator==, operator<
};

请注意，上面的结构将表现为 bool&——从中读取数据点代表的指针和掩码的值，类似地，写入它会覆盖代表位置的位。我还编写了一个初始化成员的构造函数。

现在您所需要的只是您的 boolcontainer 的 operator[] 应该返回上述类的对象:

class boolcontainer {
  uint32_t data[10];
public:

  boolcontainer() { for (int i = 0; i < 10; ++i) { data[i] = 0; } }

  class reference {
     ... //see above
  }

  //keep the const version for efficiency
  bool operator[](int i) const { return data[i/32] & (1 << (i%32)); }

  //non-const version returns our reference object.
  reference operator[](int i) { return reference(&data[i/32], 1 << (i%32)); }
};

现在用一些代码来测试它(只打印前 40 个值):

#include <iostream>
#include "boolcontainer.h"

void printboolcontainer(const boolcontainer &bc)
{
    //note that this is the constant version
    for (int i = 0; i < 40; ++i) {
        std::cout << bc[i];
    }
    std::cout << std::endl;
}

int main()
{
    boolcontainer bc;
    printboolcontainer(bc);
    bc[0] = true;
    bc[3] = true;
    bc[39] = true;
    printboolcontainer(bc);
}