Effective C++ 2e Item25

条款25: 避免对指针和数字类型重载

快速抢答：什么是“零”？

更明确地说，下面的代码会发生什么？

void f(int x);
void f(string *ps);

f(0);                        // 调用f(int)还是f(string*)?

答案是，0是一个int——准确地说，一个字面上的整数常量——所以，“总是”f(int)被调用。这就是问题所在：因为不是所有的人总是希望它这样执行。这是C++世界中特有的一种情况：当人们认为某个调用应该具有多义性时，编译器却不这么干。

如果能想办法用符号名（比如，NULL表示null指针）来解决这类问题就好了，但实现起来比想象的要难得多。

最先想到的应该是声明一个称为NULL的常量，但常量要有类型，NULL的类型应该是什么呢？它要兼容于所有的指针类型，但满足条件的唯一一个类型是void*，而且，要想把void*指针传给某类型的指针，必须要有一个显式的类型转换。这样做不仅很难看，而且乍看不比最初的情况好到哪儿去：

void * const NULL = 0;             // 可能的NULL定义

f(0);                              // 还是调用f(int)
f(static_cast<string*>(NULL));     // 调用f(string*)
f(static_cast<string*>(0));        // 调用f(string*)

不过细想一下，用NULL来表示一个void*常量的方法还是比最初要好一点，因为如果能保证只是用NULL来表示null指针的话，是可以避免歧义的：

f(0);                              // 调用f(int)
f(NULL);                           // 错误! — 类型不匹配
f(static_cast<string*>(NULL));     // 正确, 调用f(string*)

至少现在已经把一个运行时的错误（对0调用了“错误的”f函数）转移成了一个编译时的错误（传递一个void*给string*参数）。情况稍微有点改善（见条款46），但需要进行类型转换还是令人讨厌。

如果想可耻地退回去求助于欲处理，你会发现它也解决不了问题，因为最明显的办法不外乎：

#define NULL 0

或

#define NULL ((void*) 0)

第一种办法只不过是字面上的0，本质上还是一个整数常量（如果你记得的话，还是最初的问题）；第二种方法则又把你拉回到“传void*指针给某种类型的指针”的麻烦中。

如果对类型转换的规则有研究，你就会知道，C++会认为“从long int 0到null指针的转换”和“从long int到int的转换”一样，没什么不妥的。所以可以利用这一点，将多义性引入到上面那个你可能认为有“int/指针”问题的地方：

#define NULL 0L            // NULL现在是一个long int

void f(int x);
void f(string *p);

f(NULL);                   // 错误!——歧义

然而，当想重载long int和指针时，它又不起作用了：

#define NULL 0L

void f(long int x);        // 这个f现在的参数为long
void f(string *p);

f(NULL);                   // 正确, 调用f(long int)

实际编程中，这比把NULL定义为int可能要安全，但它无非只是在转移问题，而不是消除问题。

这个问题可以消除，但需要使用C++语言最新增加的一个特性：成员函数模板（往往简称为成员模板）。顾名思义，成员函数模板是在类的内部为类生成成员函数的模板。拿上面关于NULL的讨论来说，我们需要一个“对每一个T类型，运作起来都象static_cast<T*>(0)表达式”的对象。即，使NULL成为一个“包含一个隐式类型转换运算符”的类的对象，这个类型转换运算符可以适用于每种可能的指针类型。这就需要很多转换运算符，但它们可以求助于C++从成员模板生成：

// 一个可以产生NULL指针对象的类的第一步设计
class NullClass {
public:
  template<class T>                       // 为所有类型的T
    operator T*() const { return 0; }     // 产生operator T*；
};                                        // 每个函数返回一个
                                          // null指针
                                          //

const NullClass NULL;             // NULL是类型NullClass
                                  // 的一个对象

void f(int x);                    // 和以前一样

void f(string *p);                // 同上

f(NULL);                          // 将NULL转换为string*,
                                  // 然后调用f(string*)

这是一个很好的初步设计，但还可以从几方面进行改进。第一，我们实际上只需要一个NullClass对象，所以给这个类一个名字没必要；我们只需要定义一个匿名类并使NULL成为这种类型。第二，既然我们是想让NULL可以转换为任何类型的指针，那就也要能够处理成员指针。这就需要定义第二个成员模板，它的作用是为所有的类C和所有的类型T，将0转换为类型T C::*（指向类 C里类型为T的成员）。（如果你不懂成员指针，或者你从没听说过，或很少用，那也不要紧。成员指针可以称得上是稀有动物，是很少见，也许很多人从来没用过它。对此好奇的人可以参考条款30，那儿对成员指针进行了较详细的讨论。）最后，要防止用户取NULL的地址，因为我们希望NULL的行为并不是象指针那样，而是要象指针的值，而指针的值（如0x453AB002）是没有地址的。

所以，改进后的NULL的定义看起来就象这样：

const                             // 这是一个const对象...
class {
public:
  template<class T>               // 可以转换任何类型
    operator T*() const           // 的null非成员指针
    { return 0; }                 //

  template<class C, class T>      // 可以转换任何类型
    operator T C::*() const       // 的null成员指针
    { return 0; }

private:
  void operator&() const;         // 不能取其地址
                                  // (见条款27)

} NULL;                           // 名字为NULL

这就是所看到的真实的代码，虽然在实际编程中有可能想给类一个名字。如果不给名字，编译器里指向NULL类型的信息也确实很难理解。

成员模板的用法的另一个例子参见条款M28。

重要的一点是，以上所有那些产生正确工作的NULL的设计方案，只有在你自己是调用者的时候才有意义。如果你是设计被调用函数的人，写这样一个给别人使用的NULL其实没有多大的用处，因为你不能强迫你的调用者去使用它。例如，即使为你的用户提供了上面开发的那个NULL，你还是不能防止他们这样做：

f(0);                  // 还是调用f(int),
                       // 因为0还是int

它还是和本条款最前面的出现的问题一样。

所以，作为重载函数的设计者，归根结底最基本的一条是，只要有可能，就要避免对一个数字和一个指针类型重载。