嵌套在类中的枚举上的运算符重载

Question

问题

给定以下代码：

template <typename T>
struct dummy {
  enum enumenum { a = 1, b = 2, c = 4 };
};

int main() { 
    // I want this line to expands as : 
    // dummy<double>::enumenum a = operator~(dummy<double>::a);
    auto a = ~dummy<double>::a;
}

如何在 enumenum 上重载运算符？ 我正在使用标准 C++14。

我尝试了什么

一个简单的实现：

template <typename T>
typename dummy<T>::enumenum 
operator~(typename dummy<T>::enumenum a) {
  return static_cast<typename dummy<T>::enumenum>(operator~(a));
}

不幸的是，有问题的行扩展为：

int a = ~static_cast<int>(dummy<double>::a);

这意味着未使用该运算符（这是默认行为）。 是不是因为 ADL 在 struct 命名空间中找不到正确的operator~()（这甚至是一件事吗？）？

然后我尝试了：（注意friend）

template <typename T>
struct dummy {
  enum enumenum { a, b, c };
  
  friend enumenum operator~(enumenum a) { 
    return static_cast<enumenum>(~a);
  }
};

这实际上工作并扩展为：

template <>
struct dummy<double> {
  enum enumenum {
    a = static_cast<unsigned int>(1),
    b = static_cast<unsigned int>(2),
    c = static_cast<unsigned int>(4)
  };

  friend inline dummy<double>::enumenum operator~(dummy<double>::enumenum a) {
    return static_cast<dummy<double>::enumenum>(operator~(a));
  }
};

int main()
{
  dummy<double>::enumenum a = operator~(dummy<double>::a);
}

这是我想要的行为。除了，如果我不想在类主体中定义运算符怎么办。

所以我尝试了：

template <typename T>
struct dummy {
  enum enumenum { a = 1, b = 2, c = 4 };
  
  // if inline : inline function 'operator~' is not defined [-Wundefined-inline]
  // and adding inline to the template below does not help
  friend enumenum operator~(enumenum a);
};

template <typename T>
typename dummy<T>::enumenum 
operator~(typename dummy<T>::enumenum a) {
  return static_cast<typename dummy<T>::enumenum>(~a);
}

int main() { 
    auto a = ~dummy<double>::a; 
}

上面的代码展开为：

template<>
struct dummy<double>
{
  enum enumenum
  {
    a = static_cast<unsigned int>(1), 
    b = static_cast<unsigned int>(2), 
    c = static_cast<unsigned int>(4)
  };
  
  friend dummy<double>::enumenum operator~(dummy<double>::enumenum a);
};

int main()
{
  dummy<double>::enumenum a = operator~(dummy<double>::a);
}

这可以编译，但不链接！ 编辑：我相信它不会链接，因为模板没有被实例化，因此在链接时失败（类似于上面的幼稚实现）。

结论

即使我以某种方式找到了实现我想要的方法，但如果我不想在类定义中定义运算符。

提前致谢。

Answer 1

编译，但不链接！

编译但不链接，因为您声明了一个非模板运算符（它在模板结构内但不是模板函数）

friend enumenum operator~(enumenum a);

然后你定义了一个模板

template <typename T>
typename dummy<T>::enumenum 
operator~(typename dummy<T>::enumenum a) {
  return static_cast<typename dummy<T>::enumenum>(~a);
}

并且模板定义不能匹配非模板声明。

您可以尝试将函数声明为模板函数

template <typename T>
struct dummy
 {
   enum enumenum { a = 1, b = 2, c = 4 };

   template <typename U>
   friend typename dummy<U>::enumenum
      operator~ (typename dummy<U>::enumenum const & a);
 };

template <typename T>
typename dummy<T>::enumenum 
      operator~ (typename dummy<T>::enumenum const & a)
 { return static_cast<typename dummy<T>::enumenum>(~a); }

int main ()
 { 
   auto a = ~dummy<double>::a; 
 }

但是，不幸的是，这个编译但是，调用~ 操作符如下

 ~dummy<double>::a;

没有调用模板函数，因为模板参数T 无法推断，因为它位于未推断上下文中（在最后一个:: 之前），正如 Benny K 在评论中指出的那样。

因此，模板operator~()，dummy<double>::a 被转换为int，并应用int 的~ 运算符（类型结果为int）。

你可以通过显式调用函数operator~()来验证这一点

 auto a = operator~(dummy<double>::a); 

你应该得到一个“no matching function for call to 'operator~'”错误（附注“注意：候选模板被忽略：无法推断模板参数'T'”）或类似的东西。

为了使这个解决方案有效，你必须说明类的类型，以避免模板推导

 auto a = operator~<double>(dummy<double>::a); 

现在，您可以验证 a 是 dummy<double>::enumenum

 static_assert( std::is_same<decltype(a), dummy<double>::enumenum>::value, "!" );

但是，显然，这不是一个令人满意的解决方案（而且非常危险，如果您忘记避免简单地使用 ~）。

否则你可以将操作符定义为非模板

template <typename T>
struct dummy
 {
   enum enumenum { a = 1, b = 2, c = 4 };

   friend enumenum operator~ (enumenum const & a);
 };

dummy<double>::enumenum 
      operator~(dummy<double>::enumenum const & a)
 { return static_cast<dummy<double>::enumenum>(~a); }

int main ()
 { 
   auto a = ~dummy<double>::a; 
 }

但您必须为每个 dummy<T> 类型定义不同的运算符。

恕我直言，最简单、安全和优雅的解决方案是您的工作解决方案：在结构中声明/定义运算符。