C++运算符重载的一些困惑
一.背景
在复习《C++基础与提高》时，自己实现运算符重载(i++)时，几次都报错。其实还是自己对运算符重载这一部分内容理解得不够透彻，于是再次看了下书上的内容，理解算是加深了一些，于是提笔记录一下。
环境：win10，QT4.8
二.概述
这部分内容主要关于在重载函数中，函数前要不要加const，何时加const，返回类型要不要加&(引用)修饰，何时加&(引用)的问题，还有临时对象的问题。关于为什么要重载，重载的规则，友元重载、成员重载的区别之类的知识点，这里就不赘述了。
三.内容
以类Complex为例
- 1 class Complex
- 2 {
- 3 public:
- 4 Complex(double x = 0, double y = 0)
- 5 :m_x(x), m_y(y){}
- 6
- 7 void dis()
- 8 {
- 9 cout<<"("<<m_x<<", "<<m_y<<")"<<endl;
- 10 }
- 11 protected:
- 12 double m_x;
- 13 double m_y;
- 14 };
1.以实现单目运算符prefix++和surfix++为例。
先提这个例子，一是因为我在复习这块时遇到了一点问题，二是这个有点特别，涉及到哑元的问题。
prefixe++
1).考虑基本数据类型，以int类型为例，如下的操作都是可以的；
- 1 int a = 1;
- 2 ++a;
- 3 ++++a;
2).先实现基本的语义，代码如下：
- 1 Complex Complex::operator++(void)
- 2 {
- 3 m_x++;
- 4 m_y++;
- 5 return *this;
- 6 }
3)考虑添加
重载函数返回的是对象自身，并且需要修改对象，我们即可以想到返回的是引用类型。注意，此时引用指向的对象在重载函数调用时就已经存在了。
4)先运行一下，看下是否能编译通过
++c1;
++++c1;
此时重载函数实现的效果，与基本类型效果一致，符合预期，此时就不考虑重载函数前面是否加const修饰了。
- 1 #include <iostream>
- 2
- 3 using namespace std;
- 4
- 5 class Complex
- 6 {
- 7 public:
- 8 Complex(double x = 0, double y =0)
- 9 :m_x(x), m_y(y){}
- 10
- 11 void dis()
- 12 {
- 13 cout<<"("<<m_x<<", "<<m_y<<")"<<endl;
- 14 }
- 15
- 16 Complex & operator++(void);
- 17 protected:
- 18 double m_x;
- 19 double m_y;
- 20 };
- 21
- 22 Complex & Complex::operator++(void)
- 23 {
- 24 m_x++;
- 25 m_y++;
- 26 return *this;
- 27 }
- 28
- 29 int main()
- 30 {
- 31 double a = 1.0;
- 32 cout<<++a<<endl;
- 33 ++++a;
- 34 cout<<a<<endl;
- 35
- 36 Complex c1(1.0, 2.0);
- 37
- 38 Complex cc = ++c1;
- 39 cc.dis();
- 40 cc = ++++c1; // cc = (c1.operator++()).operator++();
- 41 cc.dis();
- 42
- 43
- 44 return 0;
- 45 }
结果如下
surfix++
为了区分prefix++和surfix++两个成员函数，须使用哑元进行区分(引入 哑元，增加了入参的方式，在调用时不需要添加任何的参数)，其实类似一个占位符。
1).考虑基本数据类型，以int类型为例，可以进行的操作和不可以进行的操作
- 1 int b = 1;
- 2 b++; // 支持
- 3 b++++; // 不支持
2).先实现基本的语义，代码如下
- 1 Complex operator++(int)
- 2 {
- 3 Complex temp = *this;
- 4 m_x++;
- 5 m_y++;
- 6 return temp;
- 7 }
3)考虑添加
可以观察到，重载函数返回的是一个临时对象。若是串联调用，这个临时对象它又会调用一次此重载函数
c1.operator++(0).operator++(0);
调用完，然后就消失了。
此时切不可在返回类型中添加&。原因如下：
【不要返回局部对象的引用或指针】
函数完成后，它所占用的存储空间也随之被释放掉。因此，函数终止意味着局部变量的引用将指向不再有效的内存区域。同样地，函数终止，局部对象被释放，指针将指向一个不存在的对象。
4)先运行一下，看下是否能编译通过
我们会发现，第34行无法通过编译，但是第42行可以通过编译。
5)重载的运算符是否会导致表达式可以被赋值，应该以基础类型为准，如int a, b, c; (a=b)=c;是可以的，而(a+b)=c;是不允许的。返回类型通过加const加以限定来实现。
为了使自定义类型与基本数据类型一致，我们在返回类型前面加上const。重载函数中代码修改为如下
- 1 const Complex operator++(int);
修改之后，我们可以看到，第34行和42行均无法通过编译，符合预期。
2.双目运算符+
1)考虑基本类型，以下操作都是支持的
- 1 int a1 = 1, a2 = 2, a3 = 3;
- 2 int m;
- 3 m = a1+a2;
- 4 m = a1+(a2+a3);
- 5 m = (a1+a2)+a3;
2)先重载=，成员函数如下
- 1 Complex & Complex::operator=(const Complex &another)
- 2 {
- 3 this->m_x = another.m_x;
- 4 this->m_y = another.m_y;
- 5 return *this;
- 6 }
3)再重载运算符+，如下：
因为并未修改传入的参数，所以参数前加了const
- 1 Complex Complex::operator+(const Complex &another)
- 2 {
- 3 return Complex(this->m_x + another.m_x, this->m_y + another.m_y);
- 4 }
4)返回类型是否需要加const呢?
我们再对比下表达式的赋值情况，第49行，对于基本类型，临时对象被赋值的情况编译无法通过，但是第58行，自定义类型却编译通过了。此时，为了使其编译不过，可通过在返回值类型前加const加以限定。
将代码
- 1 Complex Complex::operator+(const Complex &another);
修改为如下：
- 1 const Complex Complex::operator+(const Complex &another);
5)此时，发现第49和58行均无法通过编译，同时第55行和第57行也编译不过了。
这个是为啥呢？
再仔细看刚修改的代码和第57行代码。重载函数返回类型加了const后，返回的就是const对象了。第57行代码，c1 + c2 + c3; c1 + c2返回的是const对象，而重载函数是一个非const函数。此时，即会报错。
在const修饰类一节中，有学习过：如果const构成函数重载，const对象只能调用const函数，非const对象优先调用非const函数。
调整，在重载函数后面添加const，如下：
- 1 const Complex Complex::operator+(const Complex &another) const;
四.结尾
学无止境，继续前行，
参考材料
《C++基础与提高》 王桂林
《C++ Primer》第5版 SB、JL、BE