操作符的C++ 中重载操作符
以下以操作符+为例说明:
用户定义的类型,如:字符串,日期,复数,联合体以及文件常常重载,二元操作符以实现对象的连接,附加或合并机制。但是要正确实现操作符会给设计,实现和性能带来一定的挑战 。
内建的 操作符有两个类型相同的操作数,相加并返回右值 6,然后被赋值给 x。我们可以断定内建的是一个二元的,对称的,可交换的操作符。它产生的结果的类型与其操作数类型相同。按照这个规测,当你为某个用户定义类型重载操作符时,也应该遵循相应内建操作符的特征。
下面我们就来分析内建操作符的特征并尝试模仿其相应的重载机制。
第一步:在成员函数和非成员函数之间选择
你可以用类成员函数的方式实现二元操作符如:+、- 以及 ==,例如:class String {public: bool operator==(const String & s); // 比较 *this 和 s};
这个方法是有问题的。相对于其内建的操作符来说,重载的操作符在这里不具有对称性;它的两个参数一个类型为:const String * const(这个参数是隐含的),另一个类型为:const String &。因此,一些 STL 算法和容器将无法正确处理这样的对象。
另外一个可选方法是把重载操作符 + 定义为一个外部(extern)函数,该函数带两个类型相同的参数:
String operator + (const String & s1, const String s2);
这样一来,类 String 必须将该重载操作符声明为友元:
class String{public: friend String operator+(const String& s1,const String&s2);};
第二步:返回值的两难选择
如前所述,内建操作符 + 返回右值,其类型与操作数相同。但是在调用者堆栈里返回一个对象效率很低,处理大型对象时尤其如此。那么能不能返回一个指针或引用呢?答案是不行。因为返回指针破坏参数类型与返回值类型应该相同的规则。更糟的是,链接多个表达式将成为不可能:
String s1,s2,s3; String res;res=s1+s2+s3; // 不可能用 String* 作为返回值
虽然有一个办法可以定义额外的 + 操作符重载版本,但这个办法是我们不希望用的,因为返回的指针必须指向动态分配的对象。这样的话,如果调用者释放(delete)返回的指针失败,那么将导致内存泄漏。显然,返回 String* 不是一个好主意。
那么返回 String& 好不好呢?返回的引用必须一定要是一个有效的 String。它避免了使用动态对象分配,该方法返回的是一个本地静态对象的引用。静态对象确实解决了内存泄漏问题,但这个方法的可行性仍然值得怀疑。在一个多线程应用中,两个线程可能会并发调用 + 操作符,因此造成 String 对象的混乱。而且,因为静态对象总是保留其调用前的状态,所以有必要针对每次 + 操作符的调用都清除该静态 String 对象。由此看来,在堆栈上返回结果仍然是最安全和最简单的解决方案。