Главная › Настройки › Перегрузка бинарных операторов c. Операторы инкремента и декремента. Интерпретации бинарных и унарных операторов

Перегрузка бинарных операторов c. Операторы инкремента и декремента. Интерпретации бинарных и унарных операторов

Сегодня мы познакомимся с замечательной возможностью нашего любомого языка C++ - перегрузкой операций. Но сначала разберёмся, для чего это нужно.

С базовыми типами вы можете использовать любые операции: +, -, *, ++, = и многие другие. Например:

int a=2,b=3,c;
c = a + b;
Здесь над переменными типа int сначала выполняется операция +, а затем результат присваивается переменной c с помощью операции =. Над классами такое проделать не получится. Создадим простой класс:

код на языке c++ class Counter { public: int counter; Counter() : c(0) {} }; Counter a,b,c; a.counter = 2; b.counter = 3; c = a + b;

Здесь компилятор выдаст ошибку на последней строке: он не знает как именно нужно действовать при использовании операций = и + над объектами класса Counter. Можно решить данную проблему вот так:

код на языке c++ class Counter { public: int counter; Counter() : count(0) {} void AddCounters (Counter& a, Counter& b) { counter = a.counter + b.counter; } }; Counter a,b,c; a.counter = 2; b.counter = 3; c.AddCounters(a,b);

Согласитесь, использование операции + и = в данном случае сделало бы программу более понятной. Так вот, чтобы использовать стандартные операции C++ с классами, эти операции нужно перегрузить (overload).

Перегрузка унарных операций

Начнём с простых операций - унарных. Прежде всего нас интересует инкремент. При использовании данной операции над базовыми типами, к переменной можно прибавить или отнять единицу:

код на языке c++ int a=1; ++a; // a = 2; --a; // a = 1;

Теперь научим класс Counter использовать преинкремент (предекремент):

код на языке c++ class Counter { private: counter; public: Counter() : counter(0) {} void operator++ () { counter += 1; // Можно также counter++ или ++counter - // это не имеет значения в данном случае. } }; Counter a; ++a; ++a; ++a;

Этот код работает. При использовании операции ++ (важно чтобы этот знак находился до идентификатора!) над объектом класса Counter, происходит увеличение переменной counter объекта a.

В данном примере мы перегрузили операцию ++. Делается это созданием метода внутри класса. Единственной важной особенностью данного метода - имя идентификатора. Имя идентификатора для перегруженных операций состоит из ключевого слова operator и названия операции. Во всём остальном этот метод определяется как и любые другие.

Использовать перегруженные операции с пользовательскими типами очень просто - так же как и с обычными типами данных.

Перегрузка постфиксных операций

Примеры постфиксной операции:

int a = 3;
a++;
a--;
То есть, здесь знак операции ставится после имени идентификатора. Для использования постфиксных операций с пользовательскими типами данных нужно совсем немного:

код на языке c++ public: void operator++ () { counter += 1; } void operator++ (int) { counter += 1; }

Единственным отличием префиксной операции от постфиксной - ключевое слово int в списке аргументов. Но int - это не аргумент! Это слово говорит, что перегружается постфиксная операция. Теперь операцию ++ можно использовать как перед идентификатором объекта, так и после:

Counter a;
++a;
++a;
a++;
a++;

Перегрузка бинарных операций

Перегрузка операций с двумя аргументами очень похожа на перегрузку бинарных операций:

код на языке c++ Counter operator+ (Counter t) { Counter summ; summ.counter = counter + t.counter; return summ; } Counter c1,c2,c3; c1.counter = 3; c2.counter = 2; c3 = c1 + c2;

Какая переменная вызовет функцию operator+? В перегруженных бинарных операциях всегда вызывается метод левого операнда. В данном случае метод operator+ вызывает объект c1.

В метод мы передаём аргумент. Аргументом всегда является правый операнд.

Кроме того, в данном случае операция + должна вернуть какой-то результат, чтобы присвоить его объекту c3. Мы возвращаем объект Counter. Возвращаемое значение присваивается переменной c3.

Заметьте, мы перегрузили операцию +, но не перегружали операцию =! Конечно же нужно добавить этот метод к классу Counter:

код на языке c++ Counter operator= (Counter t) { Counter assign; counter = t.counter; assign.counter = t.counter; return assign; }

Внутри метода мы создали дополнительную переменную assign. Данная переменная используется, чтобы можно было работать вот с таким кодом:

Counter c1(5),c2,c3;
c3 = c2 = c1;
Хотя, для возвращаемого значения можно воспользоваться и более элегантными способами, с которыми мы вскоре познакомимся.

Доброго времени суток!

Желание написать данную статью появилось после прочтения поста Перегрузка C++ операторов , потому что в нём не были раскрыты многие важные темы.

Самое главное, что необходимо помнить - перегрузка операторов, это всего лишь более удобный способ вызова функций, поэтому не стоит увлекаться перегрузкой операторов. Использовать её следует только тогда, когда это упростит написание кода. Но, не настолько, чтобы это затрудняло чтение. Ведь, как известно, код читается намного чаще, чем пишется. И не забывайте, что вам никогда не дадут перегрузить операторы в тандеме со встроенными типами, возможность перегрузки есть только для пользовательских типов/классов.

Синтаксис перегрузки

Синтаксис перегрузки операторов очень похож на определение функции с именем operator@, где @ - это идентификатор оператора (например +, -, <<, >>). Рассмотрим простейший пример:
class Integer { private: int value; public: Integer(int i): value(i) {} const Integer operator+(const Integer& rv) const { return (value + rv.value); } };
В данном случае, оператор оформлен как член класса, аргумент определяет значение, находящееся в правой части оператора. Вообще, существует два основных способа перегрузки операторов: глобальные функции, дружественные для класса, или подставляемые функции самого класса. Какой способ, для какого оператора лучше, рассмотрим в конце топика.

В большинстве случаев, операторы (кроме условных) возвращают объект, или ссылку на тип, к которому относятся его аргументы (если типы разные, то вы сами решаете как интерпретировать результат вычисления оператора).

Перегрузка унарных операторов

Рассмотрим примеры перегрузки унарных операторов для определенного выше класса Integer. Заодно определим их в виде дружественных функций и рассмотрим операторы декремента и инкремента:
class Integer { private: int value; public: Integer(int i): value(i) {} //унарный + friend const Integer& operator+(const Integer& i); //унарный - friend const Integer operator-(const Integer& i); //префиксный инкремент friend const Integer& operator++(Integer& i); //постфиксный инкремент friend const Integer operator++(Integer& i, int); //префиксный декремент friend const Integer& operator--(Integer& i); //постфиксный декремент friend const Integer operator--(Integer& i, int); }; //унарный плюс ничего не делает. const Integer& operator+(const Integer& i) { return i.value; } const Integer operator-(const Integer& i) { return Integer(-i.value); } //префиксная версия возвращает значение после инкремента const Integer& operator++(Integer& i) { i.value++; return i; } //постфиксная версия возвращает значение до инкремента const Integer operator++(Integer& i, int) { Integer oldValue(i.value); i.value++; return oldValue; } //префиксная версия возвращает значение после декремента const Integer& operator--(Integer& i) { i.value--; return i; } //постфиксная версия возвращает значение до декремента const Integer operator--(Integer& i, int) { Integer oldValue(i.value); i.value--; return oldValue; }
Теперь вы знаете, как компилятор различает префиксные и постфиксные версии декремента и инкремента. В случае, когда он видит выражение ++i, то вызывается функция operator++(a). Если же он видит i++, то вызывается operator++(a, int). То есть вызывается перегруженная функция operator++, и именно для этого используется фиктивный параметр int в постфиксной версии.

Бинарные операторы

Рассмотрим синтаксис перегрузки бинарных операторов. Перегрузим один оператор, который возвращает l-значение, один условный оператор и один оператор, создающий новое значение (определим их глобально):
class Integer { private: int value; public: Integer(int i): value(i) {} friend const Integer operator+(const Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator+=(Integer& left, const Integer& right); friend bool operator==(const Integer& left, const Integer& right); }; const Integer operator+(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.value + right.value); } Integer& operator+=(Integer& left, const Integer& right) { left.value += right.value; return left; } bool operator==(const Integer& left, const Integer& right) { return left.value == right.value; }
Во всех этих примерах операторы перегружаются для одного типа, однако, это необязательно. Можно, к примеру, перегрузить сложение нашего типа Integer и определенного по его подобию Float.

Аргументы и возвращаемые значения

Как можно было заметить, в примерах используются различные способы передачи аргументов в функции и возвращения значений операторов.

Если аргумент не изменяется оператором, в случае, например унарного плюса, его нужно передавать как ссылку на константу. Вообще, это справедливо для почти всех арифметических операторов (сложение, вычитание, умножение...)
Тип возвращаемого значения зависит от сути оператора. Если оператор должен возвращать новое значение, то необходимо создавать новый объект (как в случае бинарного плюса). Если вы хотите запретить изменение объекта как l-value, то нужно возвращать его константным.
Для операторов присваивания необходимо возвращать ссылку на измененный элемент. Также, если вы хотите использовать оператор присваивания в конструкциях вида (x=y).f(), где функция f() вызывается для для переменной x, после присваивания ей y, то не возвращайте ссылку на константу, возвращайте просто ссылку.
Логические операторы должны возвращать в худшем случае int, а в лучшем bool.

Оптимизация возвращаемого значения

При создании новых объектов и возвращении их из функции следует использовать запись как для вышеописанного примера оператора бинарного плюса.
return Integer(left.value + right.value);
Честно говоря, не знаю, какая ситуация актуальна для C++11, все рассуждения далее справедливы для C++98.
На первый взгляд, это похоже на синтаксис создания временного объекта, то есть как будто бы нет разницы между кодом выше и этим:
Integer temp(left.value + right.value); return temp;
Но на самом деле, в этом случае произойдет вызов конструктора в первой строке, далее вызов конструктора копирования, который скопирует объект, а далее, при раскрутке стека вызовется деструктор. При использовании первой записи компилятор изначально создаёт объект в памяти, в которую нужно его скопировать, таким образом экономится вызов конструктора копирования и деструктора.

Особые операторы

В C++ есть операторы, обладающие специфическим синтаксисом и способом перегрузки. Например оператор индексирования . Он всегда определяется как член класса и, так как подразумевается поведение индексируемого объекта как массива, то ему следует возвращать ссылку.

Оператор запятая

В число «особых» операторов входит также оператор запятая. Он вызывается для объектов, рядом с которыми поставлена запятая (но он не вызывается в списках аргументов функций). Придумать осмысленный пример использования этого оператора не так-то просто. Хабраюзер AxisPod в комментариях к предыдущей статье о перегрузке рассказал об одном .

Оператор разыменования указателя

Перегрузка этих операторов может быть оправдана для классов умных указателей. Этот оператор обязательно определяется как функция класса, причём на него накладываются некоторые ограничения: он должен возвращать либо объект (или ссылку), либо указатель, позволяющий обратиться к объекту.

Оператор присваивания

Оператор присваивания обязательно определяется в виде функции класса, потому что он неразрывно связан с объектом, находящимся слева от "=". Определение оператора присваивания в глобальном виде сделало бы возможным переопределение стандартного поведения оператора "=". Пример:
class Integer { private: int value; public: Integer(int i): value(i) {} Integer& operator=(const Integer& right) { //проверка на самоприсваивание if (this == &right) { return *this; } value = right.value; return *this; } };

Как можно заметить, в начале функции производится проверка на самоприсваивание. Вообще, в данном случае самоприсваивание безвредно, но ситуация не всегда такая простая. Например, если объект большой, можно потратить много времени на ненужное копирование, или при работе с указателями.

Неперегружаемые операторы

Некоторые операторы в C++ не перегружаются в принципе. По всей видимости, это сделано из соображений безопасности.

Оператор выбора члена класса ".".
Оператор разыменования указателя на член класса ".*"
В С++ отсутствует оператор возведения в степень (как в Fortran) "**".
Запрещено определять свои операторы (возможны проблемы с определением приоритетов).
Нельзя изменять приоритеты операторов

Как мы уже выяснили, существует два способа операторов - в виде функции класса и в виде дружественной глобальной функции.
Роб Мюррей, в своей книге C++ Strategies and Tactics определил следующие рекомендации по выбору формы оператора:

Почему так? Во-первых, на некоторые операторы изначально наложено ограничение. Вообще, если семантически нет разницы как определять оператор, то лучше его оформить в виде функции класса, чтобы подчеркнуть связь, плюс помимо этого функция будет подставляемой (inline). К тому же, иногда может возникнуть потребность в том, чтобы представить левосторонний операнд объектом другого класса. Наверное, самый яркий пример - переопределение << и >> для потоков ввода/вывода.

Литература

Брюс Эккель - Философия C++. Введение в стандартный C++ .

Теги: Добавить метки

Последнее обновление: 20.10.2017

Перегрузка операторов позволяет определить действия, которые будет выполнять оператор. Перегрузка подразумевает создание функции, название которой содержит слово operator и символ перегружаемого оператора. Функция оператора может быть определена как член класса, либо вне класса.

Перегрузить можно только те операторы, которые уже определены в C++. Создать новые операторы нельзя.

Если функция оператора определена как отдельная функция и не является членом класса, то количество параметров такой функции совпадает с количеством операндов оператора. Например, у функции, которая представляет унарный оператор, будет один параметр, а у функции, которая представляет бинарный оператор, - два параметра. Если оператор принимает два операнда, то первый операнд передается первому параметру функции, а второй операнд - второму параметру. При этом как минимум один из параметров должен представлять тип класса

Рассмотрим пример с классом Counter, который представляет секундомер и хранит количество секунд:

#include << seconds << " seconds" << std::endl; } int seconds; }; Counter operator + (Counter c1, Counter c2) { return Counter(c1.seconds + c2.seconds); } int main() { Counter c1(20); Counter c2(10); Counter c3 = c1 + c2; c3.display(); // 30 seconds return 0; }

Здесь функция оператора не является частью класса Counter и определена вне его. Данная функция перегружает оператор сложения для типа Counter. Она является бинарной, поэтому принимает два параметра. В данном случае мы складываем два объекта Counter. Возвращает функция также объект Counter, который хранит общее количесто секунд. То есть по сути здесь операция сложения сводится к сложению секунд обоих объектов:

Counter operator + (Counter c1, Counter c2) { return Counter(c1.seconds + c2.seconds); }

При этом необязательно возвращать объект класса. Это может быть и объект встроенного примитивного типа. И также мы можем определять дополнительные перегруженные функции операторов:

Int operator + (Counter c1, int s) { return c1.seconds + s; }

Данная версия складывает объект Counter с числом и возвращает также число. Поэтому левый операнд операции должен представлять тип Counter, а правый операнд - тип int. И, к примеру, мы можем применить данную версию оператора следующим образом:

Counter c1(20); int seconds = c1 + 25; // 45 std::cout << seconds << std::endl;

Также функции операторов могут быть определены как члены классов. Если функция оператора определена как член класса, то левый операнд доступен через указатель this и представляет текущий объект, а правый операнд передается в подобную функцию в качестве единственного параметра:

#include class Counter { public: Counter(int sec) { seconds = sec; } void display() { std::cout << seconds << " seconds" << std::endl; } Counter operator + (Counter c2) { return Counter(this->seconds + c2.seconds); } int operator + (int s) { return this->seconds + s; } int seconds; }; int main() { Counter c1(20); Counter c2(10); Counter c3 = c1 + c2; c3.display(); // 30 seconds int seconds = c1 + 25; // 45 return 0; }

В данном случае к левому операнду в функциях операторов мы обращаемся через указатель this.

Какие операторы где переопределять? Операторы присвоения, индексирования (), вызова (()), доступа к члену класса по указателю (->) следует определять в виде функций-членов класса. Операторы, которые изменяют состояние объекта или непосредственно связаны с объектом (инкремент, декремент,), обычно также определяются в виде функций-членов класса. Все остальные операторы чаще определяются как отдельные функции, а не члены класса.

Операторы сравнения

Ряд операторов перегружаются парами. Например, если мы определяем оператор == , то необходимо также определить и оператор != . А при определении оператора < надо также определять функцию для оператора > . Например, перегрузим данные операторы:

Bool operator == (Counter c1, Counter c2) { return c1.seconds == c2.seconds; } bool operator != (Counter c1, Counter c2) { return c1.seconds != c2.seconds; } bool operator > (Counter c1, Counter c2) { return c1.seconds > c2.seconds; } bool operator < (Counter c1, Counter c2) { return c1.seconds < c2.seconds; } int main() { Counter c1(20); Counter c2(10); bool b1 = c1 == c2; // false bool b2 = c1 > c2; // true std::cout << b1 << std::endl; std::cout << b2 << std::endl; return 0; }

Операторы присвоения

#include class Counter { public: Counter(int sec) { seconds = sec; } void display() { std::cout << seconds << " seconds" << std::endl; } Counter& operator += (Counter c2) { seconds += c2.seconds; return *this; } int seconds; }; int main() { Counter c1(20); Counter c2(10); c1 += c2; c1.display(); // 30 seconds return 0; }

Операции инкремента и декремента

Особую сложность может представлять переопределение операций инкремента и декремента, поскольку нам надо определить и префиксную, и постфиксную форму для этих операторов. Определим подобные операторы для типа Counter:

#include class Counter { public: Counter(int sec) { seconds = sec; } void display() { std::cout << seconds << " seconds" << std::endl; } // префиксные операторы Counter& operator++ () { seconds += 5; return *this; } Counter& operator-- () { seconds -= 5; return *this; } // постфиксные операторы Counter operator++ (int) { Counter prev = *this; ++*this; return prev; } Counter operator-- (int) { Counter prev = *this; --*this; return prev; } int seconds; }; int main() { Counter c1(20); Counter c2 = c1++; c2.display(); // 20 seconds c1.display(); // 25 seconds --c1; c1.display(); // 20 seconds return 0; }

Counter& operator++ () { seconds += 5; return *this; }

В самой функции можно определить некоторую логику по инкременту значения. В данном случае количество секунд увеличивается на 5.

Постфиксные операторы должны возвращать значение объекта до инкремента, то есть предыдущее состояние объекта. Чтобы постфиксная форма отличалась от префиксной постфиксные версии получают дополнительный параметр типа int, который не используется. Хотя в принципе мы можем его использовать.

Counter operator++ (int) { Counter prev = *this; ++*this; return prev; }

Доброго времени суток!

Желание написать данную статью появилось после прочтения поста , потому что в нём не были раскрыты многие важные темы.

Синтаксис перегрузки

Перегрузка унарных операторов

Бинарные операторы

Аргументы и возвращаемые значения

Если аргумент не изменяется оператором, в случае, например унарного плюса, его нужно передавать как ссылку на константу. Вообще, это справедливо для почти всех арифметических операторов (сложение, вычитание, умножение...)
Тип возвращаемого значения зависит от сути оператора. Если оператор должен возвращать новое значение, то необходимо создавать новый объект (как в случае бинарного плюса). Если вы хотите запретить изменение объекта как l-value, то нужно возвращать его константным.
Для операторов присваивания необходимо возвращать ссылку на измененный элемент. Также, если вы хотите использовать оператор присваивания в конструкциях вида (x=y).f(), где функция f() вызывается для для переменной x, после присваивания ей y, то не возвращайте ссылку на константу, возвращайте просто ссылку.
Логические операторы должны возвращать в худшем случае int, а в лучшем bool.

Оптимизация возвращаемого значения

Особые операторы

Оператор запятая

В число «особых» операторов входит также оператор запятая. Он вызывается для объектов, рядом с которыми поставлена запятая (но он не вызывается в списках аргументов функций). Придумать осмысленный пример использования этого оператора не так-то просто. Хабраюзер в комментариях к предыдущей статье о перегрузке .

Оператор разыменования указателя

Оператор присваивания

Неперегружаемые операторы

Оператор выбора члена класса ".".
Оператор разыменования указателя на член класса ".*"
В С++ отсутствует оператор возведения в степень (как в Fortran) "**".
Запрещено определять свои операторы (возможны проблемы с определением приоритетов).
Нельзя изменять приоритеты операторов

Литература

Брюс Эккель - Философия C++. Введение в стандартный C++ .

Теги:

C++
operators overloading
перегрузка операторов

Добавить метки

Во многих языках программирования используются операторы: как минимум, присваивания (= , := или похожие) и арифметические операторы (+ , - , * и /). В большинстве языков со статической типизацией эти операторы привязаны к типам. Например, в Java сложение с оператором + возможно лишь для целых чисел, чисел с плавающей запятой и строк. Если мы определим свои классы для математических объектов, например, для матриц, мы можем реализовать метод их сложения, но вызвать его можно лишь чем-то вроде этого: a = b.add(c) .

В C++ этого ограничения нет - мы можем перегрузить практически любой известный оператор. Возможностей не счесть: можно выбрать любую комбинацию типов операндов, единственным ограничением является необходимость того, чтобы присутствовал как минимум один операнд пользовательского типа. То есть определить новый оператор над встроенными типами или переписать существующий нельзя .

Когда стоит перегружать операторы?

Запомните главное: перегружайте операторы тогда и только тогда, когда это имеет смысл. То есть если смысл перегрузки очевиден и не несёт в себе скрытых сюрпризов. Перегруженные операторы должны действовать так же, как и их базовые версии. Естественно, допустимы исключения, но лишь в тех случаях, когда они сопровождаются понятными объяснениями. Наглядным примером являются операторы << и >> стандартной библиотеки iostream , которые явно ведут себя не как обычные операторы .

Приведём хороший и плохой примеры перегрузки операторов. Вышеупомянутое сложение матриц - наглядный случай. Здесь перегрузка оператора сложения интуитивно понятна и, при корректной реализации, не требует пояснений:

Matrix a, b; Matrix c = a + b;

Примером плохой перегрузки оператора сложения будет сложение двух объектов типа «игрок» в игре. Что имел в виду создатель класса? Каким будет результат? Мы не знаем, что делает операция, и поэтому пользоваться этим оператором опасно.

Как перегружать операторы?

Перегрузка операторов похожа на перегрузку функций с особенными именами. На самом деле, когда компилятор видит выражение, в котором присутствует оператор и пользовательский тип, он заменяет это выражение вызовом соответствующей функции перегруженного оператора. Большая часть их названий начинается с ключевого слова operator , за которым следует обозначение соответствующего оператора. Когда обозначение не состоит из особых символов, например, в случае оператора приведения типа или управления памятью (new , delete и т.д.), слово operator и обозначение оператора должны разделяться пробелом (operator new), в прочих случаях пробелом можно пренебречь (operator+).

Большую часть операторов можно перегрузить как методами класса, так и простыми функциями, но есть несколько исключений. Когда перегруженный оператор является методом класса, тип первого операнда должен быть этим классом (всегда *this), а второй должен быть объявлен в списке параметров. Кроме того, операторы-методы не статичны, за исключением операторов управления памятью.

При перегрузке оператора в методе класса он получает доступ к приватным полям класса, но скрытая конверсия первого аргумента недоступна. Поэтому бинарные функции обычно перегружают в виде свободных функций. Пример:

Class Rational { public: //Constructor can be used for implicit conversion from int: Rational(int numerator, int denominator = 1); Rational operator+(Rational const& rhs) const; }; int main() { Rational a, b, c; int i; a = b + c; //ok, no conversion necessary a = b + i; //ok, implicit conversion of the second argument a = i + c; //ERROR: first argument can not be implicitly converted }

Когда унарные операторы перегружаются в виде свободных функций, им доступна скрытая конверсия аргумента, но этим обычно не пользуются. С другой стороны, это свойство необходимо бинарным операторам. Поэтому основным советом будет следующее:

Реализуйте унарные операторы и бинарные операторы типа “X =” в виде методов класса, а прочие бинарные операторы - в виде свободных функций.

Какие операторы можно перегружать?

Мы можем перегрузить почти любой оператор C++, учитывая следующие исключения и ограничения:

Нельзя определить новый оператор, например, operator** .
Следующие операторы перегружать нельзя:
1. ?: (тернарный оператор);
2. :: (доступ к вложенным именам);
3. . (доступ к полям);
4. .* (доступ к полям по указателю);
5. sizeof , typeid и операторы каста.
Следующие операторы можно перегрузить только в качестве методов:
1. = (присваивание);
2. -> (доступ к полям по указателю);
3. () (вызов функции);
4. (доступ по индексу);
5. ->* (доступ к указателю-на-поле по указателю);
6. операторы конверсии и управления памятью.
Количество операндов, порядок выполнения и ассоциативность операторов определяется стандартной версией.
Как минимум один операнд должен быть пользовательского типа. Typedef не считается.

В следующей части вашему вниманию будут представлены перегружаемые операторы C++, в группах и по отдельности. Для каждого раздела характерна семантика, т.е. ожидаемое поведение. Кроме того, будут показаны типичные способы объявления и реализации операторов.