C++：强制转换运算符重载和引用

Question

C++ 允许通过创建 operator T() 来重载类型转换，其中 T 是我们要转换为的类型。

现在，此功能如何与引用一起使用？例如：

struct Y{ int i; };

struct X{
    Y y;

    operator Y() const { return y; }
};

在这里，我们可以将X 转换为Y，这将简单地返回包含的Y。但是，如果我们想对 Y 引用进行强制转换怎么办。例如，C++ 允许我们这样做：

struct X{
    Y y;

    operator Y&(){ return y; }
    operator const Y&() const { return y; }
};

现在，我们可以将X 转换为Y 引用或const 引用（这也适用于const X）。

第一个例子和第二个例子的语义有什么不同吗？如果我想允许转换为引用，最好的方法是什么？

我可以想象，即使我写了operator T() 没有任何&，C++ 也可能允许强制转换通过引用返回结果（即，当我指定operator T() 时，它可能会以某种方式添加隐式operator T&() 方法） .

例如，我希望下面的代码工作：

int main(){
    X x;
    Y& y = x; // y now references the y inside x
    y.i = 5;
    std::cout << x.y.i << std::endl; // Should print 5 now
}

实现这一目标的最简单方法是什么？

Answer 1

声明operator T() 是否意味着强制转换总是按值返回T？

是的。

转换运算符的返回类型隐含地正是它们转换为的类型。

[...] 转换函数的类型是“不带参数返回转换类型ID的函数”。

§12.3.2 [class.conv.fct]

Answer 2

使用 clang++：

#include <iostream>

class   test
{
public:
  test(int n) : nb{n} {}

public:
  operator int() { return nb; }

  private:
    int nb;
};

int     main(void)
{
  test  t{42};

  int x = t;

  int& ref = t;   // error: non-const lvalue reference to type 'int' cannot bind to a value of unrelated type 'test'
  int&& rref = t; // compiles fine

  std::cout << x << std::endl;
}

这建议您返回一个临时的新值。

帮助您在两种情况之间做出选择的真正问题是：您是否想让人们修改您的内部成员（返回引用）并且该成员的复制成本高（使用 const 引用而不是值） ?

Answer 3

声明 operator T() 是否意味着强制转换总是按值返回 T？

这意味着转换运算符将按照T 的指定返回。无论是引用、指针还是值。例如，给定某种类型（根据 OP）Y:

operator Y();
operator Y&();
operator Y*();

所有（具有 cv 限定的变体）都是有效的用户定义转换。要将Y 用作参考，您需要将其作为参考返回。

所以，是的，转换为不是引用的T 意味着返回类型是一个值。这与 general casting semantics 内联 - 返回一个值。

第一个例子和第二个例子的语义有区别吗？

是的，存在语义差异。它们与其他具有引用与值返回类型的方法中的语义尊重相同。它们会以相同的方式不同，因为以下两种方法不同；

Y get_y_value();
Y& get_y_ref();

备注

在同一个类中混合operator Y(); 和operator Y&(); 可能会导致不明确的重载（至少clang 对此有所抱怨，但gcc 似乎很乐意将两者混合使用）。

我不打算在这里评论哪个更好，因为您的情况的细节还不清楚。不过，一般来说，在实现用户定义的转换时，请始终考虑通常如何执行强制转换，并且可能会更频繁地返回右值。随着 C++11 的出现，也支持 explicit；出于同样的原因，构造函数是explicit（或者如果特别需要，则不是）。