在 C++ 中重載 [] 以返回左值

Question

我正在寫一個簡單的 hash map class：

template <class K, class V> class HashMap;

實現是非常正統的：我有一個堆數組，當它變大時它的大小會翻倍。 該數組包含鍵/值對的小向量。

Vector<Pair<K, V> > *buckets;

我想以這樣的方式重載下標運算符，以便這樣的代碼可以工作：

HashMap<int, int> m;
m[0] = 10; m[0] = 20;
m[2] = m[1] = m[0];

尤其是，

• 對於m[k] = v其中m不包含k ，我想添加一個新條目。
• 對於m[k] = v其中m確實包含k ，我希望替換舊值。
• 在這兩種情況下，我希望分配返回v 。

大概代碼看起來像

V& operator[](K &key)
{
    if (contains(key))
    {
        // the easy case
        // return a reference to the associated value
    }
    else
    {
        Vector<Pair<K, V> > *buck = buckets + hash(k) % num_buckets;
        // unfinished
    }
}

找不到密鑰的情況應該如何處理？ 如果可以的話，我寧願避免將值復制到堆中。

我想我可以制作一個助手 class 重載賦值運算符和強制轉換為V ，但肯定有更簡單的解決方案嗎？

編輯：我沒有意識到 std::map 要求值類型具有零參數構造函數。 我想我也會默認構造一個值。

Answer 1

找不到密鑰的情況應該如何處理？

使用該鍵插入一個新元素並返回對該新元素值的引用。 實際上，您的偽代碼相當於：

if (!contains(key))
    insert(Pair<K, V>(key, V()));
return reference_to_the_element_with_that_key;

這也正是您的要求。 您說“對於m[k] = v其中m不包含k ，我想添加一個新條目。”

Answer 2

找不到密鑰的情況應該如何處理？

std::map創建一個新的 object，並將其插入到 map 中，並返回其引用。 你也可以這樣做。

或者，您可以拋出異常KeyNotFoundException ，就像 .NET map 拋出的方式一樣。 當然，您必須自己定義KeyNotFoundException ，可能源自std::runtime_exception 。

順便說一句，作為一般規則，始終將operator[]成對實現為：

V &operator[](const K &key);
const V &operator[](const K &key) const;

只是為了 const 正確性。 但是，如果您決定創建一個新的 object 並將其插入 map，當找不到密鑰時，則此規則不適用於此處，因為const版本在這種情況下沒有意義。

請參閱此常見問題解答：

• “常量重載”是怎么回事？

Answer 3

聽起來您想要的是“智能參考”，您通常無法在 C++ 中實現它，因為您不能重載點運算符（以及其他原因）。

換句話說，不是返回對 V 的引用，而是返回對 V 的“智能引用”，其中包含指向 V 的指針。該智能引用將operator=(const V &v)實現為this->p = new V(v) ，它只需要一個復制構造函數（不是零參數構造函數）。

問題是智能引用在所有其他方面都必須表現得像實際引用。 我不相信你可以在 C++ 中實現這個。

一個不完全的解決方案是讓您的構造函數采用 V 的“默認”實例來初始化新條目。 它可以默認為V() 。

像這樣：

template<class K, class V> class HashMap {
private:
    V default_val;
public:
    HashMap(const V& def = V()) : default_val(def) {
        ...
    }
...
};

當 V 缺少零參數構造函數時， HashMap h將無法編譯； 用戶需要提供一個 V object，當第一次訪問一個鍵時，它的值將被返回。

當然，這假設 V 有一個復制構造函數。 但從你的例子來看，這似乎是一個要求。

Answer 4

簡單的解決方案是像std::map所做的那樣：使用值類型的默認構造函數構造一個新條目。 這有兩個缺點：您將無法在HashMap const上使用[] ，並且您無法使用沒有默認構造函數的值類型實例化HashMap 。 第一個在規范中或多或少是隱含的，它說[]可能會修改 map。 第二種有幾種解決方案：最簡單的可能是將“默認”值的實例傳遞給構造函數，構造函數保存它，並使用它來復制構造新實例，例如：

template <typename Key, typename Value>
class HashMap
{
    //  ...
    Value m_defaultValue;
public:
    HashMap( ..., Value const& defaultValue = Value() )
        : ... , m_defaultValue( defaultValue )...

    Value& operator[]( Key& key )
    {
        //  ...
        //  not found
        insert( key, m_defaultValue );
        //  return reference to newly inserted value.
    }
};

或者，您可以讓operator[]返回一個代理，例如：

template <typename Key, typename Value>
class HashMap::Helper  //  Member class of HashMap
{
    HashMap* m_owner;
    Key m_key;
public:
    operator Value&() const
    {
        if ( ! m_owner->contains( m_key ) )
            m_owner->createEntryWithDefaultValue( m_key );
        return m_owner->getValue( m_key );
    }
    Helper& operator=( Value const& newValue ) const
    {
        m_owner->insert( m_key, newValue );
        return *this;
    }
};

請注意，對於有人寫的情況，您仍然需要默認值：

v = m[x];

並且x不存在於 map 中。 像這樣的事情：

m[x].f();

不會工作。 您只能將整個值復制出來或分配給它。 （鑒於此，在這種情況下，我更喜歡第一個解決方案。但是，在其他情況下，代理是唯一的解決方案，我們必須接受它。）