Ростелеком ТВ 

Перегрузка операции присваивания c. Определенные пользователем преобразования. Ограничения перегрузки операторов

Основы перегрузки операторов

В C#, подобно любому языку программирования, имеется готовый набор лексем, используемых для выполнения базовых операций над встроенными типами. Например, известно, что операция + может применяться к двум целым, чтобы дать их сумму:

// Операция + с целыми. int а = 100; int b = 240; int с = а + b; //с теперь равно 340

Здесь нет ничего нового, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, что одна и та же операция + может применяться к большинству встроенных типов данных C#? Например, рассмотрим такой код:

// Операция + со строками. string si = "Hello"; string s2 = " world!"; string s3 = si + s2; // s3 теперь содержит "Hello world!"

По сути, функциональность операции + уникальным образом базируются на представленных типах данных (строках или целых в данном случае). Когда операция + применяется к числовым типам, мы получаем арифметическую сумму операндов. Однако когда та же операция применяется к строковым типам, получается конкатенация строк.

Язык C# предоставляет возможность строить специальные классы и структуры, которые также уникально реагируют на один и тот же набор базовых лексем (вроде операции +). Имейте в виду, что абсолютно каждую встроенную операцию C# перегружать нельзя. В следующей таблице описаны возможности перегрузки основных операций:

Операция C# Возможность перегрузки
+, -, !, ++, --, true, false Этот набор унарных операций может быть перегружен
+, -, *, /, %, &, |, ^, > Эти бинарные операции могут быть перегружены
==, !=, <, >, <=, >= Эти операции сравнения могут быть перегружены. C# требует совместной перегрузки "подобных" операций (т.е. < и >, <= и >=, == и!=)
Операция не может быть перегружена. Oднако, аналогичную функциональность предлагают индексаторы
() Операция () не может быть перегружена. Однако ту же функциональность предоставляют специальные методы преобразования
+=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, >= Сокращенные операции присваивания не могут перегружаться; однако вы получаете их автоматически, перегружая соответствующую бинарную операцию

Перегрузка операторов тесно связана с перегрузкой методов. Для перегрузки оператора служит ключевое слово operator , определяющее операторный метод, который, в свою очередь, определяет действие оператора относительно своего класса. Существуют две формы операторных методов (operator): одна - для унарных операторов, другая - для бинарных. Ниже приведена общая форма для каждой разновидности этих методов:

// Общая форма перегрузки унарного оператора. public static возвращаемый_тип operator op(тип_параметра операнд) { // операции } // Общая форма перегрузки бинарного оператора. public static возвращаемый_тип operator op(тип_параметра1 операнд1, тип_параметра2 операнд2) { // операции }

Здесь вместо op подставляется перегружаемый оператор, например + или /, а возвращаемый_тип обозначает конкретный тип значения, возвращаемого указанной операцией. Это значение может быть любого типа, но зачастую оно указывается такого же типа, как и у класса, для которого перегружается оператор. Такая корреляция упрощает применение перегружаемых операторов в выражениях. Для унарных операторов операнд обозначает передаваемый операнд, а для бинарных операторов то же самое обозначают операнд1 и операнд2 . Обратите внимание на то, что операторные методы должны иметь оба спецификатора типа - public и static.

Перегрузка бинарных операторов

Давайте рассмотрим применение перегрузки бинарных операторов на простейшем примере:

Using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace ConsoleApplication1 { class MyArr { // Координаты точки в трехмерном пространстве public int x, y, z; public MyArr(int x = 0, int y = 0, int z = 0) { this.x = x; this.y = y; this.z = z; } // Перегружаем бинарный оператор + public static MyArr operator +(MyArr obj1, MyArr obj2) { MyArr arr = new MyArr(); arr.x = obj1.x + obj2.x; arr.y = obj1.y + obj2.y; arr.z = obj1.z + obj2.z; return arr; } // Перегружаем бинарный оператор - public static MyArr operator -(MyArr obj1, MyArr obj2) { MyArr arr = new MyArr(); arr.x = obj1.x - obj2.x; arr.y = obj1.y - obj2.y; arr.z = obj1.z - obj2.z; return arr; } } class Program { static void Main(string args) { MyArr Point1 = new MyArr(1, 12, -4); MyArr Point2 = new MyArr(0, -3, 18); Console.WriteLine("Координаты первой точки: " + Point1.x + " " + Point1.y + " " + Point1.z); Console.WriteLine("Координаты второй точки: " + Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z + "\n"); MyArr Point3 = Point1 + Point2; Console.WriteLine("\nPoint1 + Point2 = " + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z); Point3 = Point1 - Point2; Console.WriteLine("\nPoint1 - Point2 = " + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z); Console.ReadLine(); } } }

Перегрузка унарных операторов

Унарные операторы перегружаются таким же образом, как и бинарные. Главное отличие заключается, конечно, в том, что у них имеется лишь один операнд. Давайте модернизируем предыдущий пример, дополнив перегрузки операций ++, --, -:

Using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; namespace ConsoleApplication1 { class MyArr { // Координаты точки в трехмерном пространстве public int x, y, z; public MyArr(int x = 0, int y = 0, int z = 0) { this.x = x; this.y = y; this.z = z; } // Перегружаем бинарный оператор + public static MyArr operator +(MyArr obj1, MyArr obj2) { MyArr arr = new MyArr(); arr.x = obj1.x + obj2.x; arr.y = obj1.y + obj2.y; arr.z = obj1.z + obj2.z; return arr; } // Перегружаем бинарный оператор - public static MyArr operator -(MyArr obj1, MyArr obj2) { MyArr arr = new MyArr(); arr.x = obj1.x - obj2.x; arr.y = obj1.y - obj2.y; arr.z = obj1.z - obj2.z; return arr; } // Перегружаем унарный оператор - public static MyArr operator -(MyArr obj1) { MyArr arr = new MyArr(); arr.x = -obj1.x; arr.y = -obj1.y; arr.z = -obj1.z; return arr; } // Перегружаем унарный оператор ++ public static MyArr operator ++(MyArr obj1) { obj1.x += 1; obj1.y += 1; obj1.z +=1; return obj1; } // Перегружаем унарный оператор -- public static MyArr operator --(MyArr obj1) { obj1.x -= 1; obj1.y -= 1; obj1.z -= 1; return obj1; } } class Program { static void Main(string args) { MyArr Point1 = new MyArr(1, 12, -4); MyArr Point2 = new MyArr(0, -3, 18); Console.WriteLine("Координаты первой точки: " + Point1.x + " " + Point1.y + " " + Point1.z); Console.WriteLine("Координаты второй точки: " + Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z + "\n"); MyArr Point3 = Point1 + Point2; Console.WriteLine("\nPoint1 + Point2 = " + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z); Point3 = Point1 - Point2; Console.WriteLine("Point1 - Point2 = " + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z); Point3 = -Point1; Console.WriteLine("-Point1 = " + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z); Point2++; Console.WriteLine("Point2++ = " + Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z); Point2--; Console.WriteLine("Point2-- = " + Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z); Console.ReadLine(); } } }

С++ поддерживает перегрузку операторов (operator overloading). За небольшими исключениями большинство операторов С++ могут быть перегружены, в результате чего они получат специаль­ное значение по отношению к определенным классам. Например, класс, определяющий связан­ный список, может использовать оператор + для того, чтобы добавлять объект к списку. Другой класс может использовать оператор + совершенно иным способом. Когда оператор перегружен, ни одно из его исходных значений не теряет смысла. Просто для определенного класса объектов определен новый оператор. Поэтому перегрузка оператора + для того, чтобы обрабатывать свя­занный список, не изменяет его действия по отношению к целым числам.

Операторные функции обычно будут или членами, или друзьями того класса, для которого они используются. Несмотря на большое сходство, имеется определенное различие между спосо­бами, которыми перегружаются операторные функции-члены и операторные функции-друзья. В этом разделе мы рассмотрим перегрузку только функций-членов. Позже в этой главе будет пока­зано, каким образом перегружаются операторные функции-друзья.

Для того, чтобы перегрузить оператор, необходимо определить, что именно означает опера­тор по отношению к тому классу, к которому он применяется. Для этого определяется функция-оператор, задающая действие оператора. Общая форма записи функции-оператора для случая, когда она является членом класса, имеет вид:

тип имя_класса::operator#(список_аргументов)
{
// действия, определенные применительно к классу
}

Здесь перегруженный оператор подставляется вместо символа #, а тип задает тип значений, воз­вращаемых оператором. Для того, чтобы упростить использование перегруженного оператора в
сложных выражениях, в качестве возвращаемого значения часто выбирают тот же самый тип, что и класс, для которого перегружается оператор. Характер списка аргументов определяется не­сколькими факторами, как будет видно ниже.

Чтобы увидеть, как работает перегрузка операторов, начнем с простого примера. В нем созда­ется класс three_d, содержащий координаты объекта в трехмерном пространстве. Следующая про­грамма перегружает операторы + и = для класса three_d:

#include
class three_d {

public:
three_d operators+(three_d t);
three_d operator=(three_d t);
void show ();

};
// перегрузка +
three_d three_d::operator+(three_d t)
{
three_d temp;
temp.x = x+t.x;
temp.у = y+t.y;
temp.z = z+t.z;
return temp;
}
// перегрузка =
three_d three_d::operator=(three_d t)
{
x = t.x;
y = t.y;
z = t.z;
return *this;
}
// вывод координат X, Y, Z
void three_d::show ()
{
cout << x << ", ";
cout << у << ", ";
cout << z << "\n";
}
// присвоение координат

{
x = mx;
y = my;
z = mz;
}
int main()
{
three_d a, b, c;
a.assign (1, 2, 3);
b.assign (10, 10, 10);
a.show();
b.show();
с = a+b; // сложение а и b
c.show();

с.show();

с.show();
b.show ();
return 0;
}

Эта программа выводит на экран следующие данные:

1, 2, 3
10, 10, 10
11, 12, 13
22, 24, 26
1, 2, 3
1, 2, 3

Если рассмотреть эту программу внимательно, может вызвать удивление, что обе функции-опе­ратора имеют только по одному параметру, несмотря на то, что они перегружают бинарный оператор. Это связано с тем, что при перегрузке бинарного оператора с использованием функции-члена ей передается явным образом только один аргумент. Вторым аргументом служит ука­затель this, который передается ей неявно. Так, в строке

Temp.x = х + t.x;

Х соответствует this->x, где х ассоциировано с объектом, который вызывает функцию-оператор. Во всех случаях именно объект слева от знака операции вызывает функцию-оператор. Объект, стоящий справа от знака операции, передается функции.

При перегрузке унарной операции функция-оператор не имеет параметров, а при перегрузке бинарной операции функция-оператор имеет один параметр. (Нельзя перегрузить триадный опе­ратор?:.) Во всех случаях объект, активизирующий функцию-оператор, передается неявным об­разом с помощью указателя this.

Чтобы понять, как работает перегрузка операторов, тщательно проанализируем, как работа­ет предыдущая программа, начиная с перегруженного оператора +. Когда два объекта типа three_d подвергаются воздействию оператора +, значения их соответствующих координат скла­дываются, как это показано в функции operator+(), ассоциированной с данным классом. Обра­тим, однако, внимание, что функция не модифицирует значений операндов. Вместо этого она возвращает объект типа three_d, содержащий результат выполнения операции. Чтобы понять, почему оператор + не изменяет содержимого объектов, можно представить себе стандартный арифметический оператор +, примененный следующим образом: 10 + 12. Результатом этой опе­рации является 22, однако ни 10 ни 12 от этого не изменились. Хотя не существует правила о том, что перегруженный оператор не может изменять значений своих операндов, обычно име­ет смысл следовать ему. Если вернуться к данному примеру, то нежелательно, чтобы оператор + изменял содержание операндов.

Другим ключевым моментом перегрузки оператора сложения служит то, что он возвращает объект типа three_d. Хотя функция может иметь в качестве значения любой допустимый тип язы­ка С++, тот факт, что она возвращает объект типа three_d, позволяет использовать оператор + в более сложных выражениях, таких, как a+b+с. Здесь а+b создает результат типа three_d. Это значение затем прибавляется к с. Если бы значением суммы а+b было значение другого типа, то мы не могли бы затем прибавить его к с.

В противоположность оператору +, оператор присваивания модифицирует свои аргументы. (В этом, кроме всего прочего, и заключается смысл присваивания.) Поскольку функция operator=() вызывается объектом, стоящим слева от знака равенства, то именно этот объект модифицируется
при выполнении операции присваивания. Однако даже оператор присваивания обязан возвра­щать значение, поскольку как в С++, так и в С оператор присваивания порождает величину, стоящую с правой стороны равенства. Так, для того, чтобы выражение следующего вида

А = b = с = d;

Было допустимым, необходимо, чтобы оператор operator=() возвращал объект, на который ука­зывает указатель this и который будет объектом, стоящим с левой стороны оператора присваива­ния. Если сделать таким образом, то можно выполнить множественное присваивание.

Можно перегрузить унарные операторы, такие как ++ или --. Как уже говорилось ранее, при перегрузке унарного оператора с использованием функции-члена, эта функция-член не имеет аргументов. Вместо этого операция выполняется над объектом, осуществляющим вызов функции-оператора путем неявной передачи указателя this. В качестве примера ниже рассмотрена расши­ренная версия предыдущей программы, в которой определяется оператор-инкремент для объекта типа three_d:

#include
class three_d {
int x, y, z; // трехмерные координаты
public:
three_d operator+(three_d op2); // op1 подразумевается
three_d operator=(three_d op2); // op1 подразумевается
three_d operator++ (); // op1 также подразумевается
void show();
void assign (int mx, int my, int mz);
};
// перегрузка +
three_d three_d::operator+(three_d op2)
{
three_d temp;
temp.x = x+op2.x; // целочисленное сложение
temp.у = y+op2.y; // и в данном случае + сохраняет
temp.z = z+op2.z; // первоначальное значение
return temp;
}
// перегрузка =
three_d three_d::operator=(three_d op2)
{
x = op2.x; // целочисленное присваивание
у = op2.y; // и в данном случае = сохраняет
z = op2.z; // первоначальное значение
return *this;
}
// перегрузка унарного оператора
three_d three_d::operator++()
{
х++;
у++;
z++;
return *this;
}
// вывести координаты X, Y, Z
void three_d::show()
{
cout << x << ", ";
cout << у << ", ";
cout << z << "\n";
}
// присвоение координат
void three_d::assign (int mx, int my, int mz)
{
x = mx;
y = my;
z = mz;
}
int main()
{
three_d a, b, c;
a.assign (1, 2, 3);
b.assign (10, 10, 10);
a.show();
b.show();
с = a+b; // сложение а и b
c.show();
с = a+b+c; // сложение a, b и с
с.show();
с = b = a; // демонстрация множественного присваивания
с.show();
b.show ();
++c; // увеличение с
c.show();
return 0;
}

В ранних версиях С++ было невозможно определить, предшествует или следует за операндом перегруженный оператор ++ или --. Например, для объекта О следующие две инструкции были идентичными:

O++;
++O;

Однако более поздние версии С++ позволяют различать префиксную и постфиксную форму опе­раторов инкремента и декремента. Для этого программа должна определить две версии функции operator++(). Одна их них должна быть такой же, как показано в предыдущей программе. Дру­гая объявляется следующим образом:

Loc operator++(int х);

Если ++ предшествует операнду, то вызывается функция operator++(). Если же ++ следует за операндом, то тогда вызывается функция operator++(int х), где х принимает значение 0.

Действие перегруженного оператора по отношению к тому классу, для которого он опреде­лен, не обязательно должно соответствовать каким-либо образом действию этого оператора для встроенных типов С++. Например, операторы << и >> применительно к cout и cin имеют мало общего с их действием на переменные целого типа. Однако, исходя из стремления сделать код более легко читаемым и хорошо структурированным, желательно, чтобы перегруженные опера­торы соответствовали, там где это возможно, смыслу исходных операторов. Например, оператор + по отношению к классу three_d концептуально сходен с оператором + для переменных целого типа. Мало пользы, например, можно ожидать от такого оператора +, действие которого на
соответствующий класс будет напоминать действие оператора ||. Хотя можно придать перегру­женному оператору любой смысл по своему выбору, но для ясности его применения желательно, чтобы его новое значение соотносилось с исходным значением.

Имеются некоторые ограничения на перегрузку операторов. Во-первых, нельзя изменить при­оритет оператора. Во-вторых, нельзя изменить число операндов оператора. Наконец, за исклю­чением оператора присваивания, перегруженные операторы наследуются любым производным классом. Каждый класс обязан определить явным образом свой собственный перегруженный опе­ратор =, если он требуется для каких-либо целей. Разумеется, производные классы могут пере­грузить любой оператор, включая и тот, который был перегружен базовым классом. Следующие операторы не могут быть перегружены:
. :: * ?

Доброго времени суток!

Желание написать данную статью появилось после прочтения поста , 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 в комментариях к предыдущей статье о перегрузке .
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:

  • C++
  • operators overloading
  • перегрузка операторов
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; }

Последнее обновление: 12.08.2018

Наряду с методами мы можем также перегружать операторы. Например, пусть у нас есть следующий класс Counter:

Class Counter { public int Value { get; set; } }

Данный класс представляет некоторый счетчик, значение которого хранится в свойстве Value.

И допустим, у нас есть два объекта класса Counter - два счетчика, которые мы хотим сравнивать или складывать на основании их свойства Value, используя стандартные операции сравнения и сложения:

Counter c1 = new Counter { Value = 23 }; Counter c2 = new Counter { Value = 45 }; bool result = c1 > c2; Counter c3 = c1 + c2;

Но на данный момент ни операция сравнения, ни операция сложения для объектов Counter не доступны. Эти операции могут использоваться для ряда примитивных типов. Например, по умолчанию мы можем складывать числовые значения, но как складывать объекты комплексных типов - классов и структур компилятор не знает. И для этого нам надо выполнить перегрузку нужных нам операторов.

Перегрузка операторов заключается в определении в классе, для объектов которого мы хотим определить оператор, специального метода:

Public static возвращаемый_тип operator оператор(параметры) { }

Этот метод должен иметь модификаторы public static , так как перегружаемый оператор будет использоваться для всех объектов данного класса. Далее идет название возвращаемого типа. Возвращаемый тип представляет тот тип, объекты которого мы хотим получить. К примеру, в результате сложения двух объектов Counter мы ожидаем получить новый объект Counter. А в результате сравнения двух мы хотим получить объект типа bool, который указывает истинно ли условное выражение или ложно. Но в зависимости от задачи возвращаемые типы могут быть любыми.

Затем вместо названия метода идет ключевое слово operator и собственно сам оператор. И далее в скобках перечисляются параметры. Бинарные операторы принимают два параметра, унарные - один параметр. И в любом случае один из параметров должен представлять тот тип - класс или структуру, в котором определяется оператор.

Например, перегрузим ряд операторов для класса Counter:

Class Counter { public int Value { get; set; } public static Counter operator +(Counter c1, Counter c2) { return new Counter { Value = c1.Value + c2.Value }; } public static bool operator >(Counter c1, Counter c2) { return c1.Value > c2.Value; } public static bool operator <(Counter c1, Counter c2) { return c1.Value < c2.Value; } }

Поскольку все перегруженные операторы - бинарные - то есть проводятся над двумя объектами, то для каждой перегрузки предусмотрено по два параметра.

Так как в случае с операцией сложения мы хотим сложить два объекта класса Counter, то оператор принимает два объекта этого класса. И так как мы хотим в результате сложения получить новый объект Counter, то данный класс также используется в качестве возвращаемого типа. Все действия этого оператора сводятся к созданию, нового объекта, свойство Value которого объединяет значения свойства Value обоих параметров:

Public static Counter operator +(Counter c1, Counter c2) { return new Counter { Value = c1.Value + c2.Value }; }

Также переопределены две операции сравнения. Если мы переопределяем одну из этих операций сравнения, то мы также должны переопределить вторую из этих операций. Сами операторы сравнения сравнивают значения свойств Value и в зависимости от результата сравнения возвращают либо true, либо false.

Теперь используем перегруженные операторы в программе:

Static void Main(string args) { Counter c1 = new Counter { Value = 23 }; Counter c2 = new Counter { Value = 45 }; bool result = c1 > c2; Console.WriteLine(result); // false Counter c3 = c1 + c2; Console.WriteLine(c3.Value); // 23 + 45 = 68 Console.ReadKey(); }

Стоит отметить, что так как по сути определение оператора представляет собой метод, то этот метод мы также можем перегрузить, то есть создать для него еще одну версию. Например, добавим в класс Counter еще один оператор:

Public static int operator +(Counter c1, int val) { return c1.Value + val; }

Данный метод складывает значение свойства Value и некоторое число, возвращая их сумму. И также мы можем применить этот оператор:

Counter c1 = new Counter { Value = 23 }; int d = c1 + 27; // 50 Console.WriteLine(d);

Следует учитывать, что при перегрузке не должны изменяться те объекты, которые передаются в оператор через параметры. Например, мы можем определить для класса Counter оператор инкремента:

Public static Counter operator ++(Counter c1) { c1.Value += 10; return c1; }

Поскольку оператор унарный, он принимает только один параметр - объект того класса, в котором данный оператор определен. Но это неправильное определение инкремента, так как оператор не должен менять значения своих параметров.

И более корректная перегрузка оператора инкремента будет выглядеть так:

Public static Counter operator ++(Counter c1) { return new Counter { Value = c1.Value + 10 }; }

То есть возвращается новый объект, который содержит в свойстве Value инкрементированное значение.

При этом нам не надо определять отдельно операторы для префиксного и для постфиксного инкремента (а также декремента), так как одна реализация будет работать в обоих случаях.

Например, используем операцию префиксного инкремента:

Counter counter = new Counter() { Value = 10 }; Console.WriteLine($"{counter.Value}"); // 10 Console.WriteLine($"{(++counter).Value}"); // 20 Console.WriteLine($"{counter.Value}"); // 20

Консольный вывод:

Теперь используем постфиксный инкремент:

Counter counter = new Counter() { Value = 10 }; Console.WriteLine($"{counter.Value}"); // 10 Console.WriteLine($"{(counter++).Value}"); // 10 Console.WriteLine($"{counter.Value}"); // 20

Консольный вывод:

Также стоит отметить, что мы можем переопределить операторы true и false . Например, определим их в классе Counter:

Class Counter { public int Value { get; set; } public static bool operator true(Counter c1) { return c1.Value != 0; } public static bool operator false(Counter c1) { return c1.Value == 0; } // остальное содержимое класса }

Эти операторы перегружаются, когда мы хотим использовать объект типа в качестве условия. Например:

Counter counter = new Counter() { Value = 0 }; if (counter) Console.WriteLine(true); else Console.WriteLine(false);

При перегрузке операторов надо учитывать, что не все операторы можно перегрузить. В частности, мы можем перегрузить следующие операторы:

    унарные операторы +, -, !, ~, ++, --

    бинарные операторы +, -, *, /, %

    операции сравнения ==, !=, <, >, <=, >=

    логические операторы &&, ||

    операторы присваивания +=, -=, *=, /=, %=

И есть ряд операторов, которые нельзя перегрузить, например, операцию равенства = или тернарный оператор?: , а также ряд других.

Полный список перегружаемых операторов можно найти в документации msdn

При перегрузке операторов также следует помнить, что мы не можем изменить приоритет оператора или его ассоциативность, мы не можем создать новый оператор или изменить логику операторов в типах, который есть по умолчанию в.NET.