正确的重载operator+

2012/6/13 11:47:00  请友读忠(更多)  E界MRP开发下载网  585阅

正确的重载operator+ （Overloading Operator + the Right Way） By Danny Kalev, C++ Pro 翻译：周尚延beejoy 为了得到一串链表或者完成两个对象的累加或合并，经常要重载诸如string，date，complex或file等user－define类型的Operator＋。然而，就设计而言，正确地重载operator+面临许多挑战。下面的段落中，我将介绍为用户定义类型选择正确的重载operator+的一般性的策略。 考虑下面的表达式： int x=4+2; 内建的+运算符把两个类型相同的操作数相加然后返回右值6传递给x，因此我们可以说：内建的运算符’+‘是基于二进制的、对称的并且是可交换的操作符，它返回一个与操作数具有相同类型的值。这是一个规则，当你为user－defined类型重载一个运算符时，应该维持相应内建运算符的特性。 为user－defined类型重载operator+是个很普通的事情。不过，由于C++提供了多种实现方式，导致在设计时很容易造成错误，从而对利用标准库组件写出的代码的正确性、执行性能和兼容性造成不利影响。 分析并内建操作符的特性去重载与之相应的user－define运算符。 第一步：选择成员函数或是非成员函数？ 我们可以象使用类的成员函数一样使用+、-或是==等二进制操作符，例如： class String
{
public:
bool operator==(const String & s); // compare *this * s
}; 然而，这种实现方式值得怀疑。在这种情况下，作为内建操作符的副本，重载后的操作符违背了内建操作符具有的对称性，它的两个操作符的类型分别是‘const String* const‘(隐含的this 参数)和‘const String &‘，这将使得一些STL运算和某一些容器不能正确的处理这些对象。 另一种反其道而行之的方法是，把重载的operator+定义为外部函数，两个参数的类型相同，如下： String operator + (const String & s1, const String s2); 在这种情况下，类String要定义运算符的重载函数为友元函数： class String
{
public:
friend String operator+(const String& s1,const String&s2);
}; 第二步：返回值，进退两难的选择 正如前面所述，内建的operator+返回同它的操作符类型相同的右值。不过在caller的堆栈中运行对象将是低效率的，特别是在处理大对象的时候。能不能用返回一个指针或是一个传引用来代替？在这里不行。我们要求变量和返回值的类型要相同，返回指针破坏了这一特性。更糟糕的是，这使得我们不能使用多重连续表达式： String s1,s2,s3;
String res;
res=s1+s2+s3; //返回不合法的String* 尽管有一个解决办法，也就是另外定义operator+的不同的重载函数, 但这个解决方案没有考虑到另一种情况：当返回的指针指向的是一个动态分配的对象，如果调用者没有清除这个返回的指针，就会导致内存泄漏。所以很明显的，返回String*是个糟糕的想法。 那么可不可以返回String&？同样的，返回的引用必须绑定到一个合法的String。接下来，既然动态分配对象不行，那么第二次我们何不选择返回一个对局部静态变量的引用？是的，静态对象可以解决内存泄漏的问题。不过这仍然有些不可靠。比如在一个多线程程序中，两个线程可能同时调用operator＋，这就会导致对string对象的误用。此外，因为静态对象保留上一次调用时的状态，所以我们必须在每次调用operator＋前清空这个静态string对象。这样我们得到结论，返回堆栈中的值仍然是最安全并且最简单的解决方案。 第三步：实现 到目前为止一切顺利。在前面我们采用了外部友元函数并且采用by value返回值方式。那么现在该是我们实现重载opertor＋函数的时候了。然而又一次，我们面临两种选择： 选择一：Intrusive Concatenation模型 在Intrusive Concatenation模型中，operator＋测量函数参数的长度，复制字符串到一个足够地大的缓冲区并且返回结果 ( 为简洁的缘故，我忽略了不常见的情况例如堆过载）： // Option 1: intrusive concatenation
String operator + (const String & s1, const String s2)
{
int len=s1.size()+s2.size();
String result;
result.buf=new *[len+1];
strcpy(result.buf, s1.buf);
strcat(result.buf, s2.buf); // concatenate second string
return result;
} 这个实现能够较好的工作，不过还有更简洁更灵活的基于重载的operator＋＝的解决方案。 选择二：使用运算符＋＝ 我们使用operator＋＝来，从而避免对private数据的存取、内存分配以及c函数的使用。 // Option 2: using operator +=
String operator + (const String & s1, const String s2)
{
String result=s1;
result+=s2;
return result;
} 这个实现方法比较容易，而且不会存取string类的非公有数据。并且，我们甚至不需要把它声明为友元函数。operator＋＝的重载实现留给读者作为练习。 作为重载operator＋运算符的最广泛的例子，我们讨论的焦点集中在了自己编写的一个string类。当然，你可以把我介绍的方法和策略应用到任意的user－defined类型上。正确的重载operator＋基于以下原则： ●运算符对称性 ●返回值与操作符类型相同 ●采用by value返回方式 ●采用基于重载＋＝运算符的实行方式