为稀疏向量重载运算符 []

Question

我正在尝试在 C++ 中创建一个“稀疏”矢量类，如下所示：

template<typename V, V Default>
class SparseVector {
    ...
}

在内部，它将由std::map<int, V> 表示（其中V 是存储值的类型）。如果地图中不存在某个元素，我们将假设它等于模板参数中的值Default。

但是，我在重载下标运算符[] 时遇到了问题。我必须重载 [] 运算符，因为我将此类中的对象传递到期望 [] 正常工作的 Boost 函数中。

const 版本很简单：检查索引是否在地图中，如果是则返回其值，否则Default。

但是，非常量版本要求我返回一个引用，这就是我遇到麻烦的地方。如果该值只是读取，我不需要（也不想）向地图添加任何内容；但如果它正在编写，我可能需要在地图中添加一个新条目。问题是重载的[] 不知道一个值是读取还是写入。它只是返回一个引用。

有什么办法可以解决这个问题吗？或者也许可以解决它？

Answer 1

可能有一些非常简单的技巧，但除此之外，我认为operator[] 只需返回可以从 V 分配（并转换为 V）的东西，不一定是 V&。所以我认为你需要返回一些带有重载operator=(const V&) 的对象，这会在你的稀疏容器中创建条目。

不过，您必须检查 Boost 函数对其模板参数的作用 - 用户定义的到 V 的转换会影响可能的转换链，例如通过防止在同一链中出现更多用户定义的转换.

Answer 2

我想知道这个设计是否合理。

如果你想返回一个引用，这意味着类的客户端可以将调用operator[]的结果存储在一个引用中，并在以后的任何时候读取/写入它。如果您不返回引用，和/或每次处理特定索引时不插入元素，他们怎么能这样做？ （另外，我觉得该标准需要一个适当的 STL 容器，提供 operator[] 以让该运算符返回一个引用，但我不确定。）

您也许可以通过给您的代理还一个operator V&()（这将创建条目并分配默认值）来规避这一点，但我不确定这在某些情况下是否会打开另一个漏洞我还没有想到。

std::map 通过指定该运算符的非常量版本始终插入一个元素（并且根本不提供const 版本）来解决此问题。

当然，你总是可以说这个不是现成的 STL 容器，operator[] 不返回用户可以存储的普通引用。也许没关系。我只是好奇。

Answer 3

不要让非常量 operator& 实现返回一个引用，而是一个代理对象。然后，您可以实现代理对象的赋值运算符，以区分对 operator[] 的读取访问和写入访问。

这里有一些代码草图来说明这个想法。这种方法并不漂亮，但很好——这是 C++。 C++ 程序员不会浪费时间参加选美比赛（他们也没有机会）。 ;-)

template <typename V, V Default>
ProxyObject SparseVector::operator[]( int i ) {
   // At this point, we don't know whether operator[] was called, so we return
   // a proxy object and defer the decision until later
   return ProxyObject<V, Default>( this, i );
}

template <typename V, V Default>
class ProxyObject {
    ProxyObject( SparseVector<V, Default> *v, int idx );
    ProxyObject<V, Default> &operator=( const V &v ) {
      // If we get here, we know that operator[] was called to perform a write access,
      // so we can insert an item in the vector if needed
    }

    operator V() {
      // If we get here, we know that operator[] was called to perform a read access,
      // so we can simply return the existing object
    }
};