《その111》フレンド関数（p.502演習14-3）: C++，C++/CX に挑戦！

2017年11月09日

《その111》フレンド関数（p.502演習14-3）

フレンド関数

　演算の対象となる左オペランドが、非クラス型となる利用が想定される２項演算子関数は、クラスのメンバ関数ではなく、非メンバ関数として実現しなければならない。

　次のようなクラス C があるとします。


    class C {
        int a;
        int b;
    public:
        C(int p = 0, int q = 0) : a(p), b(q) { }
        int get_a() const { return a; }
        int get_b() const { return b; }
    };

　コンストラクタ C は int型の単一引数で呼び出せますから、変換コンストラクタも兼ねています。

　２項+演算子関数を非メンバ関数として実現すると、次のようになります。


C operator+(const C& x, const C& y) {
    return C(x.get_a() + y.get_a(), x.get_b() + y.get_b());
}

　演算子関数を利用する演算は、次のようなものです。


    C x(5, 3);
    C y(2);

    x = x + y;      // ※1
    y = 2 + x;      // ※2

　左オペランドが演算子関数を呼び出すオブジェクトですから、
　　※1 では C型オブジェクト x が、
　　※2 では変換コンストラクタによって 2 が int型から C型に変換された C型オブジェクトが、
それぞれ、演算子関数の呼出し元になります。

　ヘッダに置かれた非メンバ関数は外部結合を持ちますから、上記の２項+演算子関数が複数のソースファイルにインクルードされるような使い方をするとエラーになります。
そこで、


    inline C operator+(const C& x, const C& y) {
        return C(x.get_a() + y.get_a(), x.get_b() + y.get_b());
}

として内部結合を持たせるか、あるいは、クラス定義の中でフレンド関数として


    friend C operator+(const C& x, const C& y) {
        return C(x.a + y.a, x.b + y.b);
}

のように定義すべきです。クラス定義の中で定義したフレンド関数はインライン関数です。
また、フレンド関数は、クラスの非公開メンバにアクセスできるので、


    x.get_a()  を
    x.a        と記述することが可能になります。

新版明解C++入門編　p.502 演習14-3
　簡易的な文字列クラス String を作成せよ。以下のコードを参考にして、コンストラクタ・デストラクタ・各メンバ関数を、自分で設計すること。


    class String {
        int len;                // 文字列の長さ
        char* ptr;              // 文字列の先頭文字へのポインタ
    public:
        String(const char*);    // 変換コンストラクタ
        String(const String&);  // コピーコンストラクタ
        ~string();              // デストラクタ
        int length();           // 長さを求める
        // +, = などの演算子を定義せよ。
    };

// String.h
#ifndef ___Class_String
#define ___Class_String

#include <iostream>

class String {
    int len;
    char* ptr;

public:
    String(const char*);
    String(const String&);

    ~String() { delete[] ptr; }

    int length() { return len; }
    String& operator=(const String& x);
    char& operator[](int i);

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& s, const String& x);
    friend String operator+(const String& x, const String& y);
};

#endif


// String.cpp
#include "String.h"

String::String(const char* s) {
    const char* tmp = s;
    len = 0;
    while (*tmp++)
        len++;
    ptr = new char[len + 1];
    for (int i = 0; i <= len; i++)
        ptr[i] = *(s + i);
}

String::String(const String& x) {
    if (&x == this) {
        len = 1;
        ptr = new char[1];
        ptr[0] = '\0';
    } else {
        len = x.len;
        ptr = new char[len + 1];
        for (int i = 0; i <= len; i++)
            ptr[i] = x.ptr[i];
    }
}

String& String::operator=(const String& x) {
    if (&x != this) {
        if (len != x.len) {
            delete[] ptr;
            len = x.len;
            ptr = new char[len + 1];
        }
        for (int i = 0; i <= len; i++)
            ptr[i] = x.ptr[i];
    }
    return *this;
}

char& String::operator[](int i) {
    if (i < 0 || i >= len)
        std::cout << "!添字エラー。終了します。\n", exit(1);
    return ptr[i];
}


String operator+(const String& x, const String& y) {
    String temp = temp;
    temp.len = x.len + y.len;
    delete[] temp.ptr;
    temp.ptr = new char[x.len + y.len + 1];
    for (int i = 0; i < x.len; i++)
        temp.ptr[i] = x.ptr[i];
    for (int i = 0; i <= y.len; i++)
        temp.ptr[i + x.len] = y.ptr[i];
    return temp;
}

std::ostream& operator<<(std::ostream& s, const String& x) {
    return s << x.ptr;
}


// StringTest.cpp
#include <iostream>
#include "String.h"
using namespace std;

int main()
{
    String s1 = "how old is ";
    String s2 = s1;
    String s3 = "she";
    String s4 = "?";
    s4 = s2 + s3 + s4;

    cout << s4 << '\n';
    s4[0] = 'H';
    cout << s4 << '\n';

    cout << s4.length() << '\n';

    cout << "I am 100 years old. " + s4 << '\n';
}