Ｃ＋＋語言常見問題解
Q16：行內函數是做什麼的？
行內函數（inline function）是個程序代碼會塞入呼叫者所在之處的函數。就像宏
一樣，行內函數免除了函數呼叫的額外負擔，以增進效率，並且（尤其是！）還能讓
編譯器對它施以最佳化（程序融合 "procedural integration"）。不過和宏不同
的是：它只會對所有自變量求一次的值（在語意上，該“函數呼叫”和正常函數一樣，
只是比較快速罷了），以避免某些不易察覺的宏錯誤。此外，它還會檢測自變量的型
態，做必要的型別轉換（宏對你有害；除非絕對必要，否則別再用它了）。
注意：過度使用行內函數會讓程序代碼肥胖，於分頁（paging）環境下反而有負面的性
能影響。
宣告法：在函數定義處使用 "inline" 關鍵詞：
inline void f(int i, char c) { /*...*/ }
或者是在類別內將定義包括進去：
class Fred {
public:
void f(int i, char c) { /*...*/ }
};
或是在類別外頭，以 "inline" 來定義該成員函數：
class Fred {
public:
void f(int i, char c);
};
inline void Fred::f(int i, char c) { /*...*/ }
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■□ 第５節：建構子和解構子
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Q17：建構子（constructor）是做什麼的？
建構子乃用來從零開始建立對象。
建構子就像個「初始化函數」；它把一堆散亂的字節成一個活生生的對象。最低限
度它會初始化內部用到的字段元，也可能會配置所須的資源（內存、檔案、semaphore
、socket 等等）。
"ctor" 是建構子 constructor 最常見的縮寫。
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Q18：怎樣才能讓建構子呼叫另一個同處一室的建構子？
沒有辦法。
原因是：如果你呼叫另一個建構子，編譯器會初始化一個暫時的區域性對象；但並沒
有初始化“這個”你想要的對象。你可以用預設參數（default parameter），將兩
個建構子合併起來，或是在私有的 "init()" 成員函數中共享它們的程序代碼。
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Q19：解構子（destructor）是做什麼的？
解構子乃對象之葬禮。
解構子是用來釋放該對象所配置到的資源，譬如：Lock 類別可能會鎖住一個
semaphore，解構子則用來釋放它。最常見的例子是：當建構子用了 "new" 以後，解
構子用 "delete"。
解構子是個「去死吧」的運作行爲（method），通常縮寫爲 "dtor"。
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■□ 第６節：運操作數多載
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Q20：運操作數多載（operator overloading）是做什麼的？
它可讓使用類別的人以直覺來操作之。
運操作數多載讓 C/C++ 的運操作數，能對自訂的型態（對象類別）賦予自訂的意義。它
們形同是函數呼叫的語法糖衣 (syntactic sugar)：
class Fred {
public:
//...
};
#if 0
Fred add(Fred, Fred); //沒有運操作數多載
Fred mul(Fred, Fred);
#else
Fred operator+(Fred, Fred); //有運操作數多載
Fred operator*(Fred, Fred);
#endif
Fred f(Fred a, Fred b, Fred c)
{
#if 0
return add(add(mul(a,b), mul(b,c)), mul(c,a)); //沒有...
#else
return a*b + b*c + c*a; //有...
#endif
}
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Q21：哪些運操作數可以／不能被多載？
大部份都可以被多載。
不能的 C 運操作數有 "." 和 "?:"（和以技術上來說，可算是運操作數的 "sizeof"）。
C++ 增加了些自己的運操作數，其中除了 "::" 和 ".*". 之外都可以被多載。
底下是個足標（subscript）運操作數的例子（它會傳回一個參考）。最前面是“不用
”多載的：
class Array {
public:
#if 0
int& elem(unsigned i) { if (i>99) error(); return data[i]; }
#else
int& operator[] (unsigned i) { if (i>99) error(); return data[i]; }
#endif
private:
int data[100];
};
main()
{
Array a;
#if 0
a.elem(10) = 42;
a.elem(12) += a.elem(13);
#else
a[10] = 42;
a[12] += a[13];
#endif
}
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Q22：怎樣做一個 "**"「次方」運操作數？
無解。
運操作數的名稱、優先序、結合律以及元數（arity）都被語言所定死了。C++ 裏沒有
"**" 運操作數，所以你無法替類別訂做一個它。
還懷疑的話，考慮看看 "x ** y" 和 "x * (*y)"，這兩者是完全一樣的（換句話說
，編譯器會假設 "y" 是個指針）。此外，運操作數多載只是函數呼叫的語法糖衣而已
，雖然甜甜的，但本質上並未增加什麼東西。我建議你多載 "pow(base,exponent)"
這個函數（它的倍精確度版本在 <math.h> 中）。
附帶一提：operator^ 可以用，但它的優先序及結合律不符「次方」所需。
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■□ 第７節：夥伴
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Q23：夥伴（friend）是什麼？
讓別的類別或函數能存取到你的類別內部的東西。
夥伴可以是函數或其它類別。類別會對它的夥伴開放存取權限。正常情況下，程序員
會下意識﹑技術性地控制該類別的夥伴與運作行爲（否則當你想更動類別時，還得先
有其它部份的擁有者之同意才行）。
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Q24：「夥伴」違反了封裝性嗎？
若善用之，反而會「強化」封裝性。
我們經常得將一個類別切成兩半，當這兩半各有不同的案例個數及生命期時。在此情
形之下，它們通常需要直接存取對方的內部（這兩半“本來”是在同一個類別裏面，
所以你並未“增加”存取數據結構的運作行爲個數；你只是在“搬動”這些運作行爲
所在之處而已）。最安全的實作方式，就是讓這兩半互爲彼此的「夥伴」。
若你如上述般的使用夥伴，你依然是將私有的東西保持在私有的狀態。遇到上述的情
況，如果還呆呆的想避免使用夥伴關係，許多人不是採用公共資料（糟透了！），就
是弄個公共的 get/set 存取運作行爲來存取彼此的資料，事實上這些都破壞了封裝
性。只有在類別的外面該私有資料「仍有其意義」（以使用者的角度來看）時，開放
出私有資料的存取運作行爲才稱得上是恰當的做法。多數情況下，「存取運作行爲」
就和「公共資料」一樣糟糕：它們對私有資料成員只隱其“名”而已，卻未隱藏其“
存在”。
同樣的，如果將「夥伴函數」做爲另一種類別公共存取函數的語法，那就和違反封裝
性的成員函數一樣破壞了封裝。換句話說，對象類別的夥伴及成員都是「封裝的界線
」，如同「類別定義」本身一樣。
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Q25：夥伴函數的優缺點？
它提供了某種接口設計上的自由。
成員函數和夥伴函數都有同等的存取特權（100% 的權利），主要的差別在於：夥伴
函數用起來像是 "f(x)"，而成員函數則是 "x.f()"。因此，夥伴函數可讓對象類別
設計者挑選他看得最順眼的語法，以降低維護成本。
夥伴函數主要的缺點在於：當你想做動態繫結（dynamic binding）時，它需要額外
的程序代碼。想做出「虛擬夥伴」的效果，該夥伴函數應該呼叫個隱藏的（通常是放在
"protected:" 裏）虛擬成員函數；像這個樣子："void f(Base& b) { b.do_f(); }"
。衍生類別會覆蓋（override）掉那個隱藏的成員函數（"void Derived::do_f()"）
，而不是該夥伴函數。
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Q26：「夥伴關係無繼承及遞移性」是什麼意思？
夥伴關係的特權性無法被繼承下來：夥伴的衍生類別不必然還是夥伴（我把你當朋友
，但這不代表我也一定會信任你的孩子）。如果 "Base" 類別宣告了 "f()" 爲它的
夥伴，"f()" 並不會自動對由 "Base" 衍生出來的 "Derived" 類別所多出來的部份
擁有特殊的存取權力。
夥伴關係的特權無遞移性：夥伴類別的夥伴不必然還是原類別的夥伴（朋友的朋友不
一定也是朋友）。譬如，如果 "Fred" 類別宣告了 "Wilma" 類別爲它的夥伴，而且
"Wilma" 類別宣告了 "f()" 爲它的夥伴，則 "f()" 不見得對 "Fred" 有特殊的存取
權力。
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Q27：應該替類別宣告個成員函數，還是夥伴函數？
可能的話，用成員函數；必要時，就用夥伴。
有時在語法上來看，夥伴比較好（譬如：在 "Fred" 類別中，夥伴函數可把 "Fred"
弄成是第二個參數，但在成員函數中則一定得放在第一個）。另一個好例子是：二元
中序式算數運操作數（譬如："aComplex + aComplex" 可能應該定義成夥伴而非成員函
數，因爲你想讓 "aFloat + aComplex" 這種寫法也能成立；回想一下：成員函數無
法提升它左側的參數，因爲那樣會把引發該成員函數的對象所屬之類別給改變掉）。
在其它情況下，請選成員函數而不要用夥伴函數。
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■□ 第８節：輸入／輸出：<iostream.h> 和 <stdio.h>
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Q28：該怎樣替 "class Fred" 提供輸出功能？
用夥伴函數 operator<<：
class Fred {
public:
friend ostream& operator<< (ostream& o, const Fred& fred)
{ return o << fred.i; }
//...
private:
int i; //只爲了說明起見而設的
};
我們用夥伴而不用成員函數，因爲 "Fred" 是第二個參數而非第一個。輸入的功能亦
類似，只是要改寫成：
istream& operator>> (istream& i, Fred& fred);
// ^^^^^------- 不是 "const Fred& fred"!
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Q29：爲什麼我該用 <iostream.h> 而不是以前的 <stdio.h>？
增加型別安全、減少錯誤、增進效率、有延展性、提供衍生能力。
Printf 還好，而 scanf 除了容易寫錯之外也還算可以，然而和 C++ 的 I/O 系統相
比，它們都有其限制。C++ 的 I/O（用 "<<" 及 ">>" ），和 C（ "printf()" 和
"scanf()" ）相比：
* 型別安全－－要做 I/O 的對象，編譯器會靜態地事先得知其型別，而不是動態地
由 "%" 一欄查知。
* 不易出錯－－冗餘的信息會增加錯誤的機會。C++ 的 I/O 就不需要多餘的 "%"。
* 更快速－－printf 是個小型語言的「解譯器」，該語言主要是由 "%" 這種東西
構成的；在執行期它用這些字段來選擇正確的格式化方式。C++ 的 I/O 系統則是
靜態的依各自變量真正的型別來挑選子程序，以增進執行效率。
* 延展性－－C++ I/O 機制可在不改動原有程序代碼的情況下，就加進使用者新設計
的型態（能想象如果大家同時把互不兼容的 "%" 字段塞入 printf 和 scanf，會
是怎樣的混亂場面?!）。
* 可衍生（subclassable）－－ostream 和 istream（C++ 的 FILE* 代替品）都是
真正的類別，因此可以被衍生下去。這意味着：你可以讓其它自定的東西有着和
stream 雷同的外表與行爲，但實際上做的卻是你想做的特定事情。你自動就重用
了數以萬計別人（你甚至不認識它們）寫好的 I/O 程序代碼，而他們也不需要知道
你所做的「延伸 stream」類別。
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Q30：爲什麼我處理輸入時，會超過檔案的結尾？
因爲 eof（檔案結尾）的狀態，是到「將要超過檔案結尾的動作」纔會被設定。也就
是說，讀檔案的最後一個字節並不會設定 eof 的狀態。
【譯註】這也是 C 常見的錯誤。
如果你的程序像這樣：
int i = 0;
while (! cin.eof()) {
cin >> x;
++i;
// work with x
}
你的 i 變量就會多了一。
你真正該做的是這樣：
int i;
while (cin >> x) {
++i;
// work with x
}
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Q31：爲什麼我的程序執行完第一次循環後，會對輸入的要求不加理睬？
因爲讀取數值的程序，把非數字的字符留在輸入緩衝區 (input buffer) 裏頭了。
【譯註】這也是 C，甚至 Pascal 常見的錯誤。
如果你的程序如下：
char name[1000];
int age;
for (;
{cout << "Name: ";
cin >> name;
cout << "Age: ";
cin >> age;
}
你應該這樣寫：
for (;
{cout << "Name: ";
cin >> name;
cout << "Age: ";
cin >> age;
cin.ignore(INT_MAX, '/n');
}
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Q32：在 DOS 及 OS/2 的 binary 模式下，要怎樣來 "reopen" cin 及 cout？
有這個問題，最典型的情況就是：有人想對 cin、cout 做 binary 的 I/O，但是作
業系統（像是 DOS 或 OS/2）卻總是會做 CR-LF 的轉換動作。
解決法：cin、cout、cerr 這些事先定義好的串流，都是 text 的串流，沒有標準做
法能把它們弄成 binary 模式。把串流關掉再設法以 binary 模式 reopen 它們，可
能會導致不可預期的結果。
在這兩種模式有不同行爲的系統上，一定有辦法讓它們變成 binary 串流，但是你得
去查查該系統的文件。
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Marshall Cline
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Marshall P. Cline, Ph.D. / Paradigm Shift Inc / PO Box 5108 / Potsdam NY 13676
[email protected] / 315-353-6100 / FAX: 315-353-6110