普通运算符重载
重载操作员中的大部分工作是样板代码。这也就不足为奇了,由于运算符仅仅是语法糖,它们的实际工作可以由(通常转发给)普通函数来完成。但是,重要的是要正确编写此样板代码。如果失败,则操作员的代码将无法编译,或者用户的代码将无法编译,或者用户的代码将表现出惊人的性能。
赋值运算符
关于任务有很多要说的。但是,大多数已经在 GMan著名的“复制和交换常见问题解答”中进行了介绍,因此在此我将跳过大部分内容,仅列出完美的赋值运算符以供参考:
X& X::operator=(X rhs)
{
swap(rhs);
return *this;
}
位移位运算符(用于流I / O)
位移位运算符 <<
>>
尽管移位移位和仍然用于它们从C继承的位处理功能的硬件接口中,但它们在大多数应用程序中已成为重载的流输入和输出运算符,因此越来越流行。有关作为位操作运算符的指导重载,请参见下面有关二进制算术运算符的部分。当对象与iostream一起使用时,要实现自己的自定义格式和解析逻辑,请继续。
在最常见的重载运算符中,流运算符是二进制中缀运算符,其语法对它们应为成员还是非成员不加限制。由于它们更改了左参数(它们更改了流的状态),因此应根据经验法则将其实现为其左操作数类型的成员。但是,它们的左操作数是标准库中的流,尽管标准库定义的大多数流输出和输入运算符的确定义为流类的成员,但是当您为自己的类型实现输出和输入操作时,无法更改标准库的流类型。这就是为什么您需要将自己的类型的这些运算符实现为非成员函数。两种的规范形式是:
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const T& obj)
{
// write obj to stream
return os;
}
std::istream& operator>>(std::istream& is, T& obj)
{
// read obj from stream
if( /* no valid object of T found in stream */ )
is.setstate(std::ios::failbit);
return is;
}
实施时 operator>>
,仅当读取本身成功时才需要手动设置流的状态,但是结果不是预期的。
函数调用运算符
必须将用于创建函数对象(也称为函子)的函数调用运算符定义为成员函数,因此它始终具有this
成员函数的隐式参数。除此之外,可以重载任何数量的附加参数,包括零。
这是语法示例:
class foo {
public:
// Overloaded call operator
int operator()(const std::string& y) {
// ...
}
};
用法:
foo f;
int a = f("hello");
在整个C ++标准库中,始终复制功能对象。因此,您自己的函数对象应该廉价复制。如果功能对象绝对需要使用复制成本高昂的数据,则最好将该数据存储在其他位置并让功能对象引用它。
比较运算符
根据经验法则,二进制中缀比较运算符应实现为非成员函数1。一元前缀否定!
(应根据相同规则)应实现为成员函数。(但通常不建议重载它。)
标准库的算法(例如std::sort()
)和类型(例如std::map
)将始终只期望operator<
存在。但是,您的类型的用户也希望所有其他运算符也都存在,因此,如果您定义operator<
,请确保遵循运算符重载的第三条基本规则,并且还要定义所有其他布尔比较运算符。实现它们的规范方法是:
inline bool operator==(const X& lhs, const X& rhs){ /* do actual comparison */ }
inline bool operator!=(const X& lhs, const X& rhs){return !operator==(lhs,rhs);}
inline bool operator< (const X& lhs, const X& rhs){ /* do actual comparison */ }
inline bool operator> (const X& lhs, const X& rhs){return operator< (rhs,lhs);}
inline bool operator<=(const X& lhs, const X& rhs){return !operator> (lhs,rhs);}
inline bool operator>=(const X& lhs, const X& rhs){return !operator< (lhs,rhs);}
这里要注意的重要一点是,这些运算符中只有两个实际执行任何操作,其他运算符只是将其参数转发给这两个运算符中的任何一个来执行实际工作。
超载剩余二进制布尔运算符的语法(||
,&&
)如下比较运算符的规则。然而,这是非常不可能的,你会发现这些合理的使用案例2。
1 与所有经验法则一样,有时也可能有理由打破这一原则。如果是这样,请不要忘记二进制比较运算符的左操作数(对于成员函数为)也必须*this
为const
。因此,实现为成员函数的比较运算符必须具有以下签名:
bool operator<(const X& rhs) const { /* do actual comparison with *this */ }
(请注意const
最后的。)
2 应该注意,的内置版本||
和&&
使用快捷方式语义。虽然用户定义的语法(因为它们是方法调用的语法糖),却不使用快捷方式语义。用户将期望这些运算符具有捷径语义,并且它们的代码可能依赖于此,因此,强烈建议不要定义它们。
算术运算符
一元算术运算符
一元递增和递减运算符具有前缀和后缀形式。为了彼此区分,postfix变体采用了另一个哑int参数。如果您使增量或减量过载,请确保始终同时实现前缀和后缀版本。这是递增的规范实现,递减遵循相同的规则:
class X {
X& operator++()
{
// do actual increment
return *this;
}
X operator++(int)
{
X tmp(*this);
operator++();
return tmp;
}
};
请注意,后缀变体是根据前缀实现的。另请注意,后缀会额外复制。2
一元负号和加号的重载不是很常见,最好避免。如果需要,它们可能应该作为成员函数重载。
2 还请注意,postfix变体比前缀变体执行更多的工作,因此使用效率较低。这是一个很好的理由,通常优先选择前缀增量而不是后缀增量。尽管编译器通常可以优化内置类型的后缀增量的其他工作,但对于用户定义的类型,它们可能无法执行相同的工作(这可能像列表迭代器一样无辜)。一旦您习惯了做i++
,就很难记住在什么++i
时候要做i
不是内置类型在改变类型时必须更改代码),因此养成始终保持习惯的习惯会更好。使用前缀增量,除非明确需要后缀。
二元算术运算符
对于二元算术运算符,请不要忘记遵守第三个基本规则运算符重载:如果提供+
,还提供+=
,如果提供-
,不要省略-=
,等等。据说安德鲁·科尼格(Andrew Koenig)是第一个观察复合赋值的人。运算符可以用作非复合运算符的基础。也就是说,运营商+
来讲是执行+=
,-
在以下方面实现-=
等。
根据我们的经验法则,+
它的同伴应为非成员,而其复合赋值对应对象(+=
等)(更改其左参数)应为成员。下面是示例性代码+=
和+
; 其他二进制算术运算符应以相同的方式实现:
class X {
X& operator+=(const X& rhs)
{
// actual addition of rhs to *this
return *this;
}
};
inline X operator+(X lhs, const X& rhs)
{
lhs += rhs;
return lhs;
}
operator+=
返回每个引用的结果,同时operator+
返回其结果的副本。当然,返回引用通常比返回副本更有效,但是在的情况下operator+
,无法解决复制问题。编写时a + b
,您期望结果是一个新值,这就是为什么operator+
必须返回一个新值的原因。3
还请注意,operator+
它的左操作数是通过复制而不是const引用获取的。其原因与给出operator=
每个副本其参数的原因相同。
位操作运算符~
&
|
^
<<
>>
应以与算术运算符相同的方式实现。但是,(除了重载<<
以及>>
输出和输入),很少有合理的用例可以使这些重载。
3 再次,从中吸取的教训a += b
是,总的来说,它比a + b
可能更有效,因此应该优先考虑。
数组下标
数组下标运算符是二进制运算符,必须将其实现为类成员。它用于类容器类型,允许通过键访问其数据元素。提供这些的规范形式是这样的:
class X {
value_type& operator[](index_type idx);
const value_type& operator[](index_type idx) const;
// ...
};
除非您不希望类的用户能够更改其返回的数据元素operator[]
(在这种情况下,您可以忽略non-const变体),否则应始终提供运算符的两个变体。
如果已知value_type引用内置类型,则该运算符的const变体最好返回一个副本而不是const引用:
class X {
value_type& operator[](index_type idx);
value_type operator[](index_type idx) const;
// ...
};
指针类型的运算符
为了定义自己的迭代器或智能指针,您必须重载一元前缀取消引用运算符*
和二进制中缀指针成员访问运算符->
:
class my_ptr {
value_type& operator*();
const value_type& operator*() const;
value_type* operator->();
const value_type* operator->() const;
};
注意,这些也几乎总是需要const版本和非const版本。对于->
运算符,如果value_type
是class
(或struct
或union
)类型,operator->()
则递归调用另一个,直到a operator->()
返回非类类型的值。
一元地址运算符绝对不能重载。
对于operator->*()
看到这个问题。它很少使用,因此也很少过载。实际上,即使迭代器也不会使它过载。
继续向转换运算符