C++運算子過載的一些困惑

bruce628發表於2021-04-19
C++

一.背景

在複習《C++基礎與提高》時，自己實現運算子過載(i++)時，幾次都報錯。其實還是自己對運算子過載這一部分內容理解得不夠透徹，於是再次看了下書上的內容，理解算是加深了一些，於是提筆記錄一下。

環境：win10，QT4.8

 

二.概述

這部分內容主要關於在過載函式中，函式前要不要加const，何時加const，返回型別要不要加&(引用)修飾，何時加&(引用)的問題，還有臨時物件的問題。關於為什麼要過載，過載的規則，友元過載、成員過載的區別之類的知識點，這裡就不贅述了。

 

三.內容

以類Complex為例

 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.以實現單目運算子prefix++和surfix++為例。

先提這個例子，一是因為我在複習這塊時遇到了一點問題，二是這個有點特別，涉及到啞元的問題。

prefixe++

1).考慮基本資料型別，以int型別為例，如下的操作都是可以的；

1 int a = 1;
2 ++a;
3 ++++a;

2).先實現基本的語義，程式碼如下：

1 Complex Complex::operator++(void)
2 {
3     m_x++;
4     m_y++;
5     return *this;
6 }

3)考慮新增
過載函式返回的是物件自身，並且需要修改物件，我們即可以想到返回的是引用型別。注意，此時引用指向的物件在過載函式呼叫時就已經存在了。

4)先執行一下，看下是否能編譯通過
++c1;
++++c1;
此時過載函式實現的效果，與基本型別效果一致，符合預期，此時就不考慮過載函式前面是否加const修飾了。

 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 }

結果如下

 

surfix++

為了區分prefix++和surfix++兩個成員函式，須使用啞元進行區分(引入 啞元，增加了入參的方式，在呼叫時不需要新增任何的引數)，其實類似一個佔位符。

1).考慮基本資料型別，以int型別為例，可以進行的操作和不可以進行的操作

1 int b = 1;
2 b++;  // 支援
3 b++++;  // 不支援

2).先實現基本的語義，程式碼如下 

1     Complex operator++(int)
2     {
3         Complex temp = *this;
4         m_x++;
5         m_y++;
6         return temp;
7     }

3)考慮新增

可以觀察到，過載函式返回的是一個臨時物件。若是串聯呼叫，這個臨時物件它又會呼叫一次此過載函式 

c1.operator++(0).operator++(0);

呼叫完，然後就消失了。

此時切不可在返回型別中新增&。原因如下：
【不要返回區域性物件的引用或指標】
函式完成後，它所佔用的儲存空間也隨之被釋放掉。因此，函式終止意味著區域性變數的引用將指向不再有效的記憶體區域。同樣地，函式終止，區域性物件被釋放，指標將指向一個不存在的物件。

4)先執行一下，看下是否能編譯通過

我們會發現，第34行無法通過編譯，但是第42行可以通過編譯。

 5)過載的運算子是否會導致表示式可以被賦值，應該以基礎型別為準，如int a, b, c; (a=b)=c;是可以的，而(a+b)=c;是不允許的。返回型別通過加const加以限定來實現。

為了使自定義型別與基本資料型別一致，我們在返回型別前面加上const。過載函式中程式碼修改為如下

1 const Complex operator++(int);

修改之後，我們可以看到，第34行和42行均無法通過編譯，符合預期。

 

2.雙目運算子+

1)考慮基本型別，以下操作都是支援的

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)先過載=，成員函式如下

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)再過載運算子+，如下：

因為並未修改傳入的引數，所以引數前加了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)返回型別是否需要加const呢?

我們再對比下表示式的賦值情況，第49行，對於基本型別，臨時物件被賦值的情況編譯無法通過，但是第58行，自定義型別卻編譯通過了。此時，為了使其編譯不過，可通過在返回值型別前加const加以限定。

 將程式碼

1 Complex Complex::operator+(const Complex &another);

修改為如下：

1 const Complex Complex::operator+(const Complex &another);

5)此時，發現第49和58行均無法通過編譯，同時第55行和第57行也編譯不過了。

這個是為啥呢？

再仔細看剛修改的程式碼和第57行程式碼。過載函式返回型別加了const後，返回的就是const物件了。第57行程式碼，c1 + c2 + c3; c1 + c2返回的是const物件，而過載函式是一個非const函式。此時，即會報錯。

在const修飾類一節中，有學習過：如果const構成函式過載，const物件只能呼叫const函式，非const物件優先呼叫非const函式。

調整，在過載函式後面新增const，如下：

1 const Complex Complex::operator+(const Complex &another) const;

 

四.結尾

學無止境，繼續前行，

 

參考材料

《C++基礎與提高》  王桂林

《C++ Primer》第5版 SB、JL、BE

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