第8章 運(yùn)算符重載

　　8.1 運(yùn)算符函數(shù)據(jù)與運(yùn)算符重載

　　運(yùn)算符重載是計(jì)算機(jī)語言固有多態(tài)性的體現(xiàn)，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)語言的基礎(chǔ)之一。

　　C++把重載的運(yùn)算符視為特殊的函數(shù)，稱為運(yùn)算符函數(shù)。運(yùn)算符重載就是函數(shù)重載的一種特殊情況。像對待一般重載函數(shù)一樣，編譯系統(tǒng)能夠依據(jù)使用運(yùn)算符的不同環(huán)境，即參數(shù)(操作數(shù))的數(shù)量或類型的差異，區(qū)分同一運(yùn)算符的不同含義。

　　“運(yùn)算符重載”是針對C++中原有運(yùn)算符進(jìn)行的，不可能通過重載創(chuàng)造出新的運(yùn)算符。除了。、。*、->*、：：、?：這五個(gè)運(yùn)算符外，其他運(yùn)算符都可以重載。由于很多符號是一元運(yùn)算符和二元運(yùn)算符公用的，為了避免含混，不得為重載的運(yùn)算符函數(shù)設(shè)置默認(rèn)值，調(diào)用時(shí)也就不得省略實(shí)參。

　　除了new和delete這兩個(gè)較為特殊運(yùn)算符以外，任何運(yùn)算符如果作為成員函數(shù)重載時(shí)不得重載為靜態(tài)函數(shù)。=、[ ]、()、->以及所有的類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符只能作為成員函數(shù)重載，而且不能是針對枚舉類型操作數(shù)的重載。

　　運(yùn)算符函數(shù)的函數(shù)名是由運(yùn)算符前加關(guān)鍵字operator構(gòu)成的，在聲明運(yùn)算符或調(diào)用運(yùn)算符時(shí)都可以用這個(gè)名稱。

　　8.2 典范運(yùn)算符的重載

　　1.�标P(guān)于分?jǐn)?shù)類fraction

　　fraction的聲明和定義包含在頭文件fraction.h和程序文件fraction.cpp中。

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的用fraction表示的分?jǐn)?shù)須滿足以下復(fù)印件：

　�、俜帜赣肋h(yuǎn)為正，分?jǐn)?shù)和符號用分子表示;

　�、诜肿臃帜富ベ|(zhì)，即總表示為最簡分?jǐn)?shù)。

　　fraction通過兩個(gè)私有數(shù)據(jù)成員num和den分別保存分子和分母，并在必要時(shí)調(diào)用standardize函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以使num和den的值滿足標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)的條件。gcd是求兩個(gè)整數(shù)的最大公約數(shù)的函數(shù)，standardize在化簡分?jǐn)?shù)時(shí)要調(diào)用它。

　　2.�敝剌d取負(fù)運(yùn)算符“-”

　　因?yàn)閒raction用分子的符號代表整個(gè)分?jǐn)?shù)的符號，因此所謂“取負(fù)”只需對分子num取負(fù)就可以了。由于取負(fù)運(yùn)算符“-”是一元運(yùn)算符，當(dāng)作為成員函數(shù)重載時(shí)參數(shù)表中沒有參數(shù)，那個(gè)唯一的操作數(shù)以this指針的形式隱藏在參數(shù)表中。為此，只需要在fraction.h的類聲明中增加：

　　fraction poerator -()const { return fraction(-num,den);}

　　就可以了。由于在類聲明中直接給出了完整定義，因此是一個(gè)inline函數(shù)。

　　“-”是一個(gè)典型的一元運(yùn)算符，除++、--外的其他一元運(yùn)算符的重載都可以參考這里描述的方法。

　　3.�敝剌d加法運(yùn)算符“+”

　　“ +”是一個(gè)二元運(yùn)算符，因此作為成員函數(shù)重載時(shí)參數(shù)表中只有一個(gè)參數(shù)，對應(yīng)于第二操作數(shù)，而第一操作數(shù)就是對象本身，僅以this指針的形式隱藏在參靈敏表中。

　　“+”是一個(gè)典型的二元運(yùn)算符，除賦值類運(yùn)算符外的其他二元運(yùn)算符的重載都可以參考這里描述的方法。

　　4.�敝剌d增1運(yùn)算符“+ +”

　　+ +既可以是前綴運(yùn)算符(前增1)，又可以是后綴運(yùn)算符(后增1)。為了區(qū)分這兩種情況，重載這兩個(gè)運(yùn)算符時(shí)必須在格式上有所區(qū)別：重載后綴+ +時(shí)必須多一個(gè)虛擬參數(shù)：int,因此從形式上看像是一個(gè)二元運(yùn)算符重載。

　　5.�敝剌d類型轉(zhuǎn)換符“l(fā)ong”

　　類型轉(zhuǎn)換符必須作為成員函數(shù)重載。在重載類型轉(zhuǎn)換符時(shí)，由于運(yùn)算符本身已經(jīng)表示出返回值類型，因此不需要返回值類型的聲明。一個(gè)分?jǐn)?shù)可以看成是由一個(gè)整數(shù)部分和一個(gè)純分?jǐn)?shù)部分組成的，為了取得一個(gè)分?jǐn)?shù)的整數(shù)部分，可為fraction重載類型轉(zhuǎn)換符long.為此可在fraction.h的類聲明中增加：

　　opertator long()const { return num/den;}

　　6.�敝剌d賦值運(yùn)算符“=”

　　賦值運(yùn)算符只能作為成員函數(shù)重載。

　　常見的真正需要重載賦值運(yùn)算符的情況是：類中包含指向動(dòng)態(tài)空間的指針

　　賦值運(yùn)算符=的重載應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　�、俜祷刂德暶鳛橐�用，而函數(shù)體中總是用語句return *this;返回;

　�、谌绻麉�數(shù)被聲明為指向同類對象的引用或指針，應(yīng)判別所指向?qū)ο蟮氖欠衽c被賦值對象為同一對象，如果是，立即返回，不做任何賦值處理;

　　③如果被賦值對象占用了動(dòng)態(tài)空間或其他資源，應(yīng)首先釋放這些資源，以便接收新的資源;

　　④如果參數(shù)被聲明為指針或引用，通常應(yīng)加上const修飾;

　�、萑绻麉�數(shù)被聲明為指針，應(yīng)判別是否為空，以便做出特殊處理;

　�、抟粋�(gè)類如果需要重載運(yùn)算符=,通常也就需要定義自己特有的拷貝構(gòu)造函數(shù)，反之亦然。

　　7.�敝剌d復(fù)合賦值運(yùn)算符“+=”

　　重載復(fù)合賦值類運(yùn)算符，如+=、-=等，也應(yīng)遵循上述重載賦值運(yùn)算符的注意事項(xiàng)。

　　與賦值運(yùn)算符不同的是，復(fù)合賦值類運(yùn)算符既可作為成員函數(shù)重載也可作為非成員函數(shù)重載。在后一種情況下，兩個(gè)操作數(shù)都必須出現(xiàn)在參數(shù)表中;為了保持運(yùn)算符原有的特性，第一參數(shù)應(yīng)當(dāng)聲明為引用(否則就無法改變它的值)，返回值也應(yīng)當(dāng)像重載“=”那樣聲明為引用，并在最后將獲得新值的第一參數(shù)返回。

　　8.�敝剌d關(guān)系操作符“>”

　　重載的關(guān)系操作符函數(shù)應(yīng)返回邏輯值。對于 fraction的兩個(gè)對象，可以通過比較通分后的兩個(gè)分子來確定它們的大小。為此，可在fraction.h的類聲明中增加如下的成員函數(shù)聲明：

　　bool operator>(fraction f){ return num*f.den>f.num*den;}

　　其他關(guān)系運(yùn)算符可以參照重載。

　　9�敝剌d下標(biāo)訪問運(yùn)算符“[ ]”

　　運(yùn)算符[ ]只能作為成員函數(shù)重載。

　　10�敝剌dC+ +流運(yùn)算符“�I�I”和“�H�H”

　　C+ +流的輸入運(yùn)算符�I�I和輸出運(yùn)算符�H�H只能作為非類成員函數(shù)重載。在一個(gè)類中，如有必要，可將�I�I或�H�H聲明為友元函數(shù)。

　　8.3 運(yùn)算符重載應(yīng)注意的幾個(gè)問題

　　1.�敝剌d的運(yùn)算符應(yīng)保持其原有的基本語義

　　重載的運(yùn)算符應(yīng)該體現(xiàn)為原運(yùn)算符的功能在新的數(shù)據(jù)類型上的延伸，它的使用應(yīng)當(dāng)使程序中算法的表達(dá)顯得更流暢、自然，使閱讀程序的人在不借助于其他說明資料的情況下就能夠正確理解。不要讓重載的運(yùn)算符去勉強(qiáng)承擔(dān)那些更適于一般函數(shù)承擔(dān)的功能。

　　2.生載的運(yùn)算符應(yīng)盡可能保持基原有的特性

　　運(yùn)算符的操作數(shù)個(gè)數(shù)、優(yōu)先級和結(jié)合性是三個(gè)最基本的特性，而且是重載時(shí)自然得以保持的特性，因此無須采取專門的措施。需要注意的是下面這些特性。

　�、偈欠褚�求第一操作數(shù)為有左值操作數(shù)。

　�、谑欠裥薷牡谝徊僮鲾�(shù)。

　�、鄄僮鞯慕Y(jié)果是否為有左值數(shù)據(jù)。

　�、軕�(yīng)保證第二操作數(shù)不被改變。

　　3.�边\(yùn)算符的重載應(yīng)當(dāng)配套

　　某些運(yùn)算符之間關(guān)系密切，存在著某種邏輯上的聯(lián)系，因此若需要重載其中的某一個(gè)，往往就意味著同組的其他運(yùn)算符也需要重載。

　　4.�笔褂靡�用參數(shù)還是非引用參數(shù)?

　　非引用參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：以傳值方式傳遞參數(shù)，形參變量只是實(shí)參的副本，對形參變量的修改不會(huì)影響實(shí)參;在相關(guān)對象存在只需一個(gè)實(shí)參的構(gòu)造函數(shù)的情況下，可以充分利用表達(dá)式處理過程中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)制，使表達(dá)式顯得更自然。但當(dāng)對象很大或需要深層復(fù)制時(shí)，非引用參數(shù)占用的計(jì)算機(jī)資源較多，影響參數(shù)傳遞的效率。

　　引用參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)對象很大或需要深層復(fù)制時(shí)，可大大減少對資源的占用，提高參數(shù)傳遞的效率。但無法利用系統(tǒng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)制。

　　5.�弊鳛槌蓡T函數(shù)重載還是作為非成員函數(shù)重載?

　　=、[ ]、()、->以及所有的類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符只能作為成員函數(shù)重載。如果允許第一操作數(shù)不是同類對象，而是其他數(shù)據(jù)類型，則只能作為非成員函數(shù)重開車(如輸入輸出流運(yùn)算符�I�I和�H�H就是這樣的情況)。若希望系統(tǒng)在必要時(shí)能夠利用只需一個(gè)實(shí)參的構(gòu)造函數(shù)自動(dòng)對第一操作數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也應(yīng)將該運(yùn)算符作為非成員函數(shù)重載;此種情況下，運(yùn)算符函數(shù)的參數(shù)應(yīng)該是非引用參數(shù)，否則不能達(dá)到所希望的效果。其他情況下一般應(yīng)作為成員函數(shù)重載。