在模板类上重载 << 运算符

Question

我为链表中的节点创建了一个模板类，我试图通过重载

#include <iostream>
using namespace std;
template<class NType> class Node;

template<class NType>
class Node {
private:
        void deletePointer(NType* p);
public:
        NType data;
        Node *prev, *next;

        template<typename T>
        struct is_pointer { static const bool value = false; };

        template<typename T>
        struct is_pointer<T*> { static const bool value = true; };

        Node();
        Node(NType data);
        ~Node();
};  

int main() {
        Node<int> *n1 = new Node<int>();
        Node<int> *n2 = new Node<int>(10);

        std::cout << "Node 1: " << n1 << std::endl;
        std::cout << "Node 2: " << n2 << std::endl;
}

template<class NType> inline std::ostream & operator << (std::ostream& out, const Node<NType> &node){
        out << node.data;
        return out;
}

template<class NType> inline Node<NType>::Node()
            :data(NULL), prev(NULL), next(NULL)
{
}

template<class NType> inline Node<NType>::Node(NType data)
            :data(data), prev(NULL), next(NULL)
{
}

template<class NType> inline Node<NType>::~Node(){
        if(is_pointer<NType>::value){
                deletePointer(&data);
        } else {
                return;
        }
}

template<class NType> inline void Node<NType>::deletePointer(NType* p){
    delete p;
}

输出内存位置而不是节点内的数据。对于 int 之类的原始类型会发生这种情况，就好像它不知道 NType 容器中的数据类型一样。

Node 1: 0x741010
Node 2: 0x741030
Node 3: 0x741070
Node 4: 0x741090

我尝试使用typename 而不是class，但仍然没有骰子...有没有办法在插入之前动态找出模板使用的类型和转换或其他东西？我知道我可以为所有原语编写大量冗余代码，但这似乎既浪费又不必要。

如果有帮助，我将在 Arch Linux x64 上使用 GCC v4.6.2 20111223 进行编译

编辑：因为很多人都在提到它。我还尝试将类作为朋友和独立函数放在外面，这两者都不起作用，因为流输出地址而不是数据本身，无论我把它放在哪里。没有可访问的私有数据值，因此它可以不是朋友。

编辑： 测试用例：http://ideone.com/a99u5 上面还更新了源代码。

编辑： 添加了我的代码的其余部分，以帮助 Aaron 理解代码。

Answer 1

您的代码将operator<< 声明为成员函数，因此它实际上将this 指针作为第一个参数，ostream 作为第二个参数。相反，它需要是一个免费的功能：

template<class NType> class Node {
public:
    NType data;
    Node *prev, *next;
};
//Note how this is declared outside of the class body, so it is a free function instead of a memberfunction
template<class NType> inline std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Node<NType>& val){
    out << val.data;
    return out;
}

但是，如果您的 operator<< 需要访问私有数据，您需要将其声明为友元函数：

template<class NType> class Node {
public:
    NType data;
    Node *prev, *next;
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Node& val){
        out << val.data;
        return out;
    }
};

现在输出：如果您的operator<< 被调用，编译器将知道NType 的类型，并在流式传输data 成员时做正确的事情。但是，由于您的 operator<< 不应该工作（如所写）并且它似乎给您 memoryaddresses 作为输出，我假设您有以下内容：

Node* n = new Node();
std::cout<<n;
//When it should be:
std::cout<<*n;

现在只是出于好奇：您为什么要自己实现看起来很像链表的东西，而不是简单地使用std::list？

编辑： 现在我们可以看到测试用例，似乎关于如何调用operator<< 的假设是正确的。输出需要改成：

std::cout << "Node 1: " << *n1 << std::endl;
std::cout << "Node 2: " << *n2 << std::endl;

为Node 实际调用operator<<，而不是为T* 调用通用函数

Answer 2

为什么要在已经模板化的类方法前面添加template<class NType>？

一般来说，重载操作符

template<typename NType>
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Node<NType>& node)
{
    out << node.data;
    return out; 
}

编辑：为了回应下面的评论，我的意思是：

在标题中定义类模板时，您不会为类的成员函数重新声明该模板：

template<typename T>
class Foo
{
    T some_data;

    void member_fn();
}

但是，当您声明非会员朋友函数时，这是必需的：

template<typename NType>
class Node 
{
public:

    NType data;
    Node<NType> *prev, *next;

    //Note the different template parameter!
    template<typename NType1>
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Node<NType1>& node);
};

然后它的实现就变成了上面的template<typename NType> std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Node<NType>& node) 实现。

Answer 3

template <class NType>
class Node
{
  public:
    NType data;
    Node *prev, *next;
};

template <class NType>
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Node<NType>& n)
{
    return out << n.data;
}

Answer 4

您打印的是节点地址，而不是节点：

int main() {
        Node<int> *n1 = new Node<int>();
        Node<int> *n2 = new Node<int>(10);

        std::cout << "Node 1: " << n1 << std::endl;
        std::cout << "Node 2: " << n2 << std::endl;
}

n1 和 n2 是指针，而不是对象。你应该写：

int main() {
        Node<int> *n1 = new Node<int>();
        Node<int> *n2 = new Node<int>(10);

        std::cout << "Node 1: " << *n1 << std::endl;
        std::cout << "Node 2: " << *n2 << std::endl;
}

或：

int main() {
        Node<int> n1();
        Node<int> n2(10);

        std::cout << "Node 1: " << n1 << std::endl;
        std::cout << "Node 2: " << n2 << std::endl;
}

Answer 5

其他人指出您需要使用cout << *n1 而不是cout << n1，但是您的代码中还有另一个重要的错误。

您的析构函数包含一个调用deletePointer(&data);，其中data 是该类的成员。这是危险的。如果这行代码曾经被执行过，那么程序很可能会崩溃。 data 只是this 指向的对象的一小部分，试图删除它就像试图删除数组中的单个元素是int。

Node<int> *n1 = new Node<int>();
delete n1; // this makes sense. deleting the same thing that was new'ed

Node<int> *n1 = new Node<int>();
delete &(n1->data); // BUG

您可能应该对您的设计进行大量更改，并简单地删除指针的特殊代码。您是否希望编写如下代码：Node<int*> *n2 = new Node<int*>( new int );？如果是这样，您希望它如何表现？

如果NType 实际上是指针类型，比如int*，那么deletePointer(data) 可能有意义，但deletePointer(&data) 永远没有意义。