c++ - [] 运算符的正确模拟

Question

考虑包含数字数组的 Number 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，这样用户就可以选择一个数字的十次方，例如。 number[2] 是代表百位的数字，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(如 10 = 0010)。

但是，设置一个数字需要更多的努力，因为如果指数超过了包含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，用户是否想要检索数字以及何时存储它。我想出了以下解决方案(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(private) 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值以及何时存储它。

然而，const 有一个问题。如果 Number 类实例是 const，则不能调用运算符 []，除非它也被标记为 const。但是，那么一个Digit类就不能被实例化了，因为它需要Number &，而传递的是const Number &。

一个解决方案涉及使用 const_cast，但感觉就像使用 hack - 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。有没有一种方法可以不同于使用 const_cast 或编写另一个类(例如 ConstDigit)来解决此问题？

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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(private)复制构造函数阻止用户像这样存储数字:

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 digit(参见 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 new 运算符，但也许还有其他方法？

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一个更长的答案，为什么我不能通过引用返回数字。

数字作为两个单独的 vector 保存，一个用于整数部分，一个用于小数部分(我已经简化了所讨论的示例，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，我只是检查它是否在数组边界之外并返回 0(因为 - 正如我提到的，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

当然我也可以在 [] 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，而且我什至无法检查他是否尝试这样做(并且该数字应该以尽可能小的表示形式存储，既不存在前导零或尾随零)。我也没有办法在他分配后压缩存储。

当然，解决方案之一是删除 [] 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 方法更能满足这个假设 :)

Answer 1

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要访问它时仍然有效。在您的示例中，情况绝对不是这样。我明白这应该是一个简化的示例，以显示引用对象在通过先前存储的引用访问之前某处被销毁的情况。你不能(直接)解决这个问题。

您也可以在 STL 中偶然发现这个“问题”。例如，如果您引用一个 vector 元素，然后向 vector 中插入一些内容，请注意该引用(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其他地方。

我认为避免这种情况的唯一方法是使用智能指针。至少要保证访问对象是安全的。这不会让您访问新对象，如果某些代码在您背后更改，请将 (*number)[5] 替换为新> 数字。

现在回答您的第一个问题:目前，我看不出您打算如何在 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，您不能使用它来设置数字。

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

一般来说，您可以只创建一个返回const Digit 的上述运算符的const 版本。如果您不能 100% 确定对象不是 const，请不要使用 const_cast 删除 const。否则，您将得到未定义的行为。但是，使用 const_cast 向非 const 对象添加/删除 const 是安全的。这对于重用 const 和非 const 访问方法的代码很有用。非const 方法可以添加const，调用const 访问方法，然后从中安全地删除const返回值(好吧，这取决于您的实现)。有关详细信息，请参阅 Scott Meyers 的“Effective C++”。

也就是说，我必须补充一点，我通常希望在调用 operator[] 时引用一个对象，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，则通过 const 引用或 const 值返回，而不是(非 const)值。否则会出现类似

的错误

Number[5] = 12;

会发生并且不会引起注意。读者会假设 12 分配给存储在 Number[5] 中的 Digit。事实上，它仅存储在所述Digit 的拷贝 中。如果 Number::operator[] 只返回 const Digit，编译器会捕获它。

编辑

我看到了如何按值返回但仍修改了原始数字。但是，我仍然觉得这个界面不直观。在大多数情况下，为您的类提供运算符只有在它提供一致甚至更好的直观行为时才是明智的。查看您的 operator[] 声明，我只看到它按值返回了一个 Digit。你的界面告诉我，我得到了一份拷贝。没有办法看到它在内部仍然修改我的 Number 对象。

因此，我认为如果使用getter/setter方法，界面会更清晰。