【问题标题】:C++ : operator<< fails to compileC++:operator<< 编译失败
【发布时间】:2020-08-19 13:22:52
【问题描述】:

我正在用 C++ 编写 B 树,但是当我重载 operator&lt;&lt; 时,它无法编译。

我的代码:

#include <cassert>
#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
#include <utility>

template <typename T, std::size_t t>
class BTree;

template <typename T, std::size_t t>
std::ostream& operator<<(std::ostream&, const BTree<T, t>&);

template <typename T, std::size_t t>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const typename BTree<T, t>::Node& node);

template <typename T, std::size_t t>
class BTree {
    static_assert(t >= 2);
    class Node {
        std::size_t n = 0;
    public:
        bool leaf = true;
        std::vector<T> key;
        std::vector<std::unique_ptr<Node>> child;
        void setN(std::size_t N) {
            n = N;
            key.resize(n);
            if (!leaf) {
                child.resize(n + 1);
            }
        }

        [[nodiscard]] std::size_t getN() const {
            return n;
        }

        [[nodiscard]] bool isFull() const {
            return n == 2 * t - 1;
        }

        friend std::ostream& operator<< <T, t>(std::ostream& os, const BTree<T, t>::Node& node);
    };

    std::unique_ptr<Node> root;

    std::pair<const Node*, std::size_t> Search(const Node* x, const T& k) const {
        std::size_t i = 0;
        while (i < x->getN() && k > x->key[i]) {
            i++;
        }
        if (i < x->getN() && k == x->key[i]) {
            return {x, i};
        } else if (x->leaf) {
            return {nullptr, 0};
        } else {
            return Search(x->child[i].get(), k);
        }
    }

    void SplitChild(Node* x, std::size_t i) {
        if (!x) {
            return;
        }
        auto y = x->child[i].get();
        if (!y) {
            return;
        }
        assert(!x->isFull() && y->isFull());
        auto z = std::make_unique<Node>();
        z->leaf = y->leaf;
        z->setN(t - 1);
        for (std::size_t j = 0; j < t - 1; j++) {
            z->key[j] = y->key[j + t];
        }
        if (!y->leaf) {
            for (std::size_t j = 0; j < t; j++) {
                z->child[j] = std::move(y->child[j + t]);
            }
        }
        x->setN(x->getN() + 1);
        for (std::size_t j = x->getN() + 1; j >= i + 1; j--) {
            x->child[j + 1] = std::move(x->child[j]);
        }
        x->child[i + 1] = std::move(z);
        for (std::size_t j = x->getN() + 1; j >= i + 1; j--) {
            x->key[j] = x->key[j - 1];
        }
        x->key[i] = y->key[t];
        y->setN(t - 1);
    }

    void InsertNonFull(Node* x, const T& k) {
        std::size_t i = x->getN();
        if (x->leaf) {
            x->setN(i + 1);
            while (i < x->getN() && k < x->key[i]) {
                x->key[i + 1] = x->key[i];
                i--;
            }
            x->key[i + 1] = k;
        } else {
            while (i < x->getN() && k < x->key[i]) {
                i--;
            }
            i++;
            if (x->child[i]->isFull()) {
                SplitChild(x, i);
                if (k > x->key[i]) {
                    i++;
                }
            }
            InsertNonFull(x->child[i].get(), k);
        }

    }

public:
    BTree() {
        root = std::make_unique<Node>();
    }

    [[nodiscard]] std::pair<const Node*, std::size_t> Search(const T& k) const {
        return Search(root.get(), k);
    }

    void Insert(const T& k) {
        if (root->isFull()) {
            auto s = std::make_unique<Node>();
            s->leaf = false;
            s->setN(0);
            s->child[0] = std::move(root);
            root = std::move(s);
            SplitChild(root.get(), 0);
            InsertNonFull(root.get(), k);
        } else {
            InsertNonFull(root.get(), k);
        }
    }


    friend std::ostream& operator<<<> (std::ostream&, const BTree<T, t>&);

};

template <typename T, std::size_t t>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const typename BTree<T, t>::Node& node) {
    if (node->leaf) {
        for (std::size_t i = 0; i < node->getN() - 1; i++) {
            os << node->key[i] << ' ';
        }
        os << node->key[node->getN() - 1];
    } else {
        for (std::size_t i = 0; i < node->getN(); i++) {
            os << *node->child[i] << ' ' << node->key[i] << ' ';
        }
        os << *node->child[node->getN()];
    }
    return os;
}

template <typename T, std::size_t t>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BTree<T, t>& bt) {
    os << *(bt.root) << '\n';
    return os;
}

int main() {
    BTree<int, 2> tree;
    tree.Insert(1);
    std::cout << tree;

}

这是我的编译器投诉的第一行(我不会发布完整的错误输出,因为它有 200 多行):

/mnt/c/Users/kim/CLionProjects/PPP/main.cpp: In instantiation of ��std::ostream& operator<<(std::ostream&, const BTree<T, t>&) [with T = int; long unsigned int t = 2; std::ostream = std::basic_ostream<char>]��:
/mnt/c/Users/kim/CLionProjects/PPP/main.cpp:171:18:   required from here
/mnt/c/Users/kim/CLionProjects/PPP/main.cpp:164:8: error: no match for ��operator<<�� (operand types are ��std::ostream�� {aka ��std::basic_ostream<char>��} and ��BTree<int, 2>::Node��)
  164 |     os << *(bt.root) << '\n';
      |     ~~~^~~~~~~~~~~~~

btBTree&lt;T, t&gt;bt.rootstd::unique_ptr&lt;BTree&lt;T, t&gt;::Node&gt;,所以我认为解引用运算符应该与operator&lt;&lt;(std::ostream&amp; os, const typename BTree&lt;T, t&gt;::Node&amp; node) 匹配,但我的编译器仍然不满意。

我该如何解决这个问题?提前致谢。

【问题讨论】:

  • 我相信typename BTree&lt;T, t&gt;::Node中的T和t无法推断
  • 我更喜欢提供一个公共成员函数void print(std::ostream&amp;) const;,然后std::ostream&amp; operator&lt;&lt;(std::ostream&amp;, typename BTree&lt;T, t&gt;::Node const&amp;) 可以只调用node.print(out);return out;,并且在print 方法中完成了繁重的工作。我不喜欢我的 C++ 有任何朋友。孤独,孤独的 C++。
  • @Eljay 但是我团队的高级程序员告诉我,使用print而不是operator&lt;&lt;是不好的做法,因为运算符重载的目的是实现零开销的泛型编程,而不是比函数调用,不是吗?
  • 你可以inlineoperator&lt;&lt;,然后你的开销为零。

标签: c++ templates friend


【解决方案1】:

内部类Nodeoperator&lt;&lt;被定义为模板,但由于non-deduced context,模板参数无法推导。

在以下情况下,用于构成 P 的类型、模板和非类型值不参与模板参数推导,而是使用在其他地方推导的模板参数或明确指定。如果模板参数仅在非推导上下文中使用且未显式指定,则模板参数推导失败。

  1. 使用qualified-id 指定的类型的nested-name-specifier(范围解析运算符:: 左侧的所有内容):

您可以将其定义为非模板,并在类定义中进行定义。例如

template <typename T, std::size_t t>
class BTree {
    ...
    class Node {
        ...
        friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const Node& node) {
            if (node->leaf) {
                for (std::size_t i = 0; i < node->getN() - 1; i++) {
                    os << node->key[i] << ' ';
                }
                os << node->key[node->getN() - 1];
            } else {
                for (std::size_t i = 0; i < node->getN(); i++) {
                    os << *node->child[i] << ' ' << node->key[i] << ' ';
                }
                os << *node->child[node->getN()];
            }
            return os;
        }
        ...
    };
    ...
};

【讨论】:

    【解决方案2】:

    哇,C++ 模板如此晦涩难懂。

    工作代码:

    #include <cassert>
    #include <cstddef>
    #include <iostream>
    #include <memory>
    #include <vector>
    #include <utility>
    
    template <typename T, std::size_t t>
    class BTree {
        static_assert(t >= 2);
        class Node {
            std::size_t n = 0;
        public:
            bool leaf = true;
            std::vector<T> key;
            std::vector<std::unique_ptr<Node>> child;
            void setN(std::size_t N) {
                n = N;
                key.resize(n);
                if (!leaf) {
                    child.resize(n + 1);
                }
            }
    
            [[nodiscard]] std::size_t getN() const {
                return n;
            }
    
            [[nodiscard]] bool isFull() const {
                return n == 2 * t - 1;
            }
    
            friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BTree<T, t>::Node& node) {
                if (node.leaf) {
                    for (std::size_t i = 0; i < node.getN() - 1; i++) {
                        os << node.key[i] << ' ';
                    }
                    os << node.key[node.getN() - 1];
                } else {
                    for (std::size_t i = 0; i < node.getN(); i++) {
                        os << *node.child[i] << ' ' << node.key[i] << ' ';
                    }
                    os << *node.child[node.getN()];
                }
                return os;
            }
        };
    
        std::unique_ptr<Node> root;
    
        std::pair<const Node*, std::size_t> Search(const Node* x, const T& k) const {
            std::size_t i = 0;
            while (i < x->getN() && k > x->key[i]) {
                i++;
            }
            if (i < x->getN() && k == x->key[i]) {
                return {x, i};
            } else if (x->leaf) {
                return {nullptr, 0};
            } else {
                return Search(x->child[i].get(), k);
            }
        }
    
        void SplitChild(Node* x, std::size_t i) {
            if (!x) {
                return;
            }
            auto y = x->child[i].get();
            if (!y) {
                return;
            }
            assert(!x->isFull() && y->isFull());
            auto z = std::make_unique<Node>();
            z->leaf = y->leaf;
            z->setN(t - 1);
            for (std::size_t j = 0; j < t - 1; j++) {
                z->key[j] = y->key[j + t];
            }
            if (!y->leaf) {
                for (std::size_t j = 0; j < t; j++) {
                    z->child[j] = std::move(y->child[j + t]);
                }
            }
            x->setN(x->getN() + 1);
            for (std::size_t j = x->getN(); j >= i && j < x->getN(); j--) {
                x->child[j + 1] = std::move(x->child[j]);
            }
            x->child[i + 1] = std::move(z);
            for (std::size_t j = x->getN(); j >= i && j < x->getN(); j--) {
                x->key[j] = x->key[j - 1];
            }
            x->key[i] = y->key[t - 1];
            y->setN(t - 1);
        }
    
        void InsertNonFull(Node* x, const T& k) {
            std::size_t i = x->getN();
            if (x->leaf) {
                x->setN(i + 1);
                while (i - 1 < x->getN() && k < x->key[i - 1]) {
                    x->key[i] = x->key[i - 1];
                    i--;
                }
                x->key[i] = k;
            } else {
                while (i - 1 < x->getN() && k < x->key[i - 1]) {
                    i--;
                }
                if (x->child[i]->isFull()) {
                    SplitChild(x, i);
                    if (k > x->key[i]) {
                        i++;
                    }
                }
                InsertNonFull(x->child[i].get(), k);
            }
    
        }
    
    public:
        BTree() {
            root = std::make_unique<Node>();
        }
    
        [[nodiscard]] std::pair<const Node*, std::size_t> Search(const T& k) const {
            return Search(root.get(), k);
        }
    
        void Insert(const T& k) {
            if (root->isFull()) {
                auto s = std::make_unique<Node>();
                s->leaf = false;
                s->setN(0);
                s->child[0] = std::move(root);
                root = std::move(s);
                SplitChild(root.get(), 0);
                InsertNonFull(root.get(), k);
            } else {
                InsertNonFull(root.get(), k);
            }
        }
    
        friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const BTree<T, t>& bt) {
            return os << *(bt.root) << '\n';
        }
    
    };
    
    int main() {
        BTree<int, 2> tree;
        tree.Insert(1);
        tree.Insert(2);
        tree.Insert(3);
        tree.Insert(4);
        tree.Insert(5);
        tree.Insert(6);
        tree.Insert(7);
        tree.Insert(8);
        tree.Insert(9);
        tree.Insert(10);
    
        std::cout << tree;
    
    }
    

    【讨论】:

    • 这行得通因为 Node 的每个实例都会创建自己的友元函数(不是模板)来配合它。编译器可以很容易地查看所有友元函数,看看哪一个适合;它不必猜测任何模板参数。
    猜你喜欢
    • 1970-01-01
    • 2011-01-22
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 2021-10-07
    • 2019-04-19
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    相关资源
    最近更新 更多