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C++的算符重载

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算符重载的作用是什么?它允许你为类的用户提供一个直觉的接口。 算符重载允许C/C++的运算符在用户定义类型(类)上拥有一个用户定义的意义。重载的算符是函数调用的语法修饰:  
class Fred {
 public:    // …
};

#if 0           // 没有算符重载:
Fred add(Fred, Fred);
Fred mul(Fred, Fred);

Fred f(Fred a, Fred b, Fred c)
{
 return add(add(mul(a,b), mul(b,c)), mul(c,a)); // 哈哈,多可笑…
}

#else   // 有算符重载:
Fred operator+ (Fred, Fred);
Fred operator* (Fred, Fred);

Fred f(Fred a, Fred b, Fred c)
{
 return a*b + b*c + c*a;
}

#endif



  算符重载的好处是什么?

  通过重载类上的标准算符,你可以发掘类的用户的直觉。使得用户程序所用的语言是面向问题的,而不是面向机器的。 最终目标是降低学习曲线并减少错误率。



  有什么算符重载的实例?这里有一些算符重载的实例:

myString + yourString 可以连接两个 std::string 对象

myDate++ 可以增加一个 Date 对象

a * b 可以将两个 Number 对象相乘

a[i] 可以访问 Array 对象的某个元素

x = *p 可以反引用一个实际“指向”一个磁盘记录的 "smart pointer" —— 它实际上在磁盘上定位到 p 所指向的记录并返回给x。


  但是算符重载使得我的类很丑陋;难道它不是应该使我的类更清晰吗?算符重载使得类的用户的工作更简易,而不是为类的开发者服务的! 考虑一下如下的例子:
class Array {
 public:
int& operator[] (unsigned i);
};

inline
int& Array::operator[] (unsigned i)
{   // …
}
  有些人不喜欢operator关键字或类体内的有些古怪的语法。但是算符重载语法不是被期望用来使得类的开发者的工作更简易。它被期望用来使得类的用户的工作更简易:  
int main()
{
 Array a;
 a[3] = 4; // 用户代码应该明显而且易懂…
}
  记住:在一个面向重用的世界中,使用你的类的人有很多,而建造它的人只有一个(你自己);因此你做任何事都应该照顾多数而不是少数。

  什么算符能/不能被重载?大多数都可以被重载。C的算符中只有 . 和 ? :(以及sizeof,技术上可以看作一个算符)。C++增加了一些自己的算符,除了::和.*,大多数都可以被重载。 这是一个下标算符的示例(它返回一个引用)。先没有算符重载:
class Array {
public:
int& elem(unsigned i) {  if (I > 99) error(); return data[i]; }
 private:
 int data[100];
};
int main()
{
 Array a;
 a.elem(10) = 42;
 a.elem(12) += a.elem(13);
}
  现在用算符重载给出同样的逻辑:
class Array {
public:
int& operator[] (unsigned i)  {  if (I > 99) error(); return data[i]; }
 private:
 int data[100];
};
int main()
{
 Array a;
 a[10] = 42;
 a[12] += a[13];
}

  我能重载 operator== 以便比较两个 char[] 来进行字符串比较吗?不行:被重载的算符,至少一个操作数必须是用户定义类型(大多数时候是类)。 但即使C++允许,也不要这样做。因为在此处你应该使用类似 std::string的类而不是字符数组,因为数组是有害的。因此无论如何你都不会想那样做的。


  我能为“幂”运算创建一个 operator** 吗?不行。 运算符的名称、优先级、结合性以及元数都是由语言固定的。在C++中没有operator**,因此你不能为类类型创建它。

  如果还有疑问,考虑一下x ** y与x * (*y)等同(换句话说,编译器假定 y 是一个指针)。此外,算符重载只不过是函数调用的语法修饰。虽然这种特殊的语法修饰非常美妙,但它没有增加任何本质的东西。我建议你重载pow(base,exponent)(双精度版本在中)。

  顺便提一下,operator^可以成为幂运算,只是优先级和结合性是错误的。


  如何为Matrix(矩阵)类创建下标运算符? [Recently changed so it uses new-style headers and the std:: syntax (on 7/00). Click here to go to the next FAQ in the "chain" of recent changes.]

用 operator()而不是operator[]。

  当有多个下标时,最清晰的方式是使用operator()而不是operator[]。原因是operator[]总是带一个参数,而operator()可以带任何数目的参数(在矩形的矩阵情况下,需要两个参数)。

  如:
class Matrix {
 public:
 Matrix(unsigned rows, unsigned cols);
 double& operator() (unsigned row, unsigned col);
 double operator() (unsigned row, unsigned col) const; // …
 Matrix(); // 析构函数
 Matrix(const Matrix& m); // 拷贝构造函数
 Matrix& operator= (const Matrix& m); // 赋值算符   // …
 private:
 unsigned rows_, cols_;
 double* data_;
};
inline
Matrix::Matrix(unsigned rows, unsigned cols)
: rows_ (rows),
cols_ (cols),
data_ (new double[rows * cols])
{
 if (rows == 0 || cols == 0)
 throw BadIndex("Matrix constructor has 0 size");
}

inline
Matrix::~Matrix()
{
 delete[] data_;
}

inline
double& Matrix::operator() (unsigned row, unsigned col)
{
 if (row >= rows_ || col >= cols_)
 throw BadIndex("Matrix subscript out of bounds");
 return data_[cols_*row + col];
}

inline
double Matrix::operator() (unsigned row, unsigned col) const
{
 if (row >= rows_ || col >= cols_)
 throw BadIndex("const Matrix subscript out of bounds");
 return data_[cols_*row + col];
}
  然后,你可以使用m(I,j)来访问Matrix m 的元素,而不是m[i][j]:


int main()
{
 Matrix m(10,10);
 m(5,8) = 106.15;
 std::cout << m(5,8);  // …
}

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