Основные принципы перегрузки операторов

Перегруженные операторы могут быть функциями-членами, как в примерах этой главы, либо задаваться функциями-друзьями, не принадлежащими классу. Более подробно такие операторы будут рассматриваться на занятии 14 во время изучения специальных классов и функций.

Ряд операторов могут быть исключительно членами класса. Это операторы присваивания (=), индексирования ([]), вызова функции (()) и косвенного обращения к члену класса (->).

Оператор индексирования [ ] будет рассмотрен на следующем занятии, а оператор косвенного обращения к члену класса — на занятии 14 во время изучения дополнительных возможностей указателей.

Ограничения перегрузки операторов

Нельзя перегружать операторы стандартных типов данных (такие как int). Также нельзя изменять установленные приоритеты и ассоциативности операторов. Например, нельзя оператор с одним операндом перегрузить так, чтобы использовать его с двумя операндами. Кроме того, методом перегрузки нельзя создавать новые операторы; например, бинарный оператор умножения (**) не удастся объявить как оператор возведения в квадрат.

Количество операндов, которыми может манипулировать оператор, — важная характеристика каждого оператора. Различают операторы, используемые с одним операндом (например, оператор инкремента: myValue++), и операторы, для работы которых необходимо указать два операнда (например, оператор суммирования: a+b). Сразу тремя операндами управляет только условный оператор ?, синтаксис использования которого показан в следующем примере: (а > b ? x : у).

Что можно перегружать

Возможность перегрузки операторов — это то новое средство программирования, предоставляемое C++, которое наиболее широко используют (а часто и злоупотребляют им) начинающие программисты. Новичков захватывает азарт присвоения новых интересных функций самым обычным и заурядным операторам. В результате код программы может оказаться непонятным и нечитабельным даже для создателя, а не то что для другого программиста.

Безусловно, если в программе оператор + начнет осуществлять вычитание, а оператор * — суммирование, это может тешить самолюбие начинающего программиста, но профессионал никогда такого не допустит. Вполне можно понять желание использовать оператор + для конкатенации строк и символов, а оператор / для разделения строк, но такая перегрузка операторов таит в себе подводные рифы, на которые может совершенно неожиданно напороться программа во время выполнения. Возможно, было бы не плохо уделить больше внимания особенностям использования перегруженных операторов, но еще лучше начать с формулировки основных предостережений. Прежде всего следует помнить, что основная цель перегрузки операторов состоит в том, чтобы сделать программу эффективнее, а ее код проще и понятнее.

Рекомендуется: Перегружайте операторы, если код программы после этого станет четче и понятнее. Возвращайте объекты класса из перегруженных операторов.

Не рекомендуется: Не увлекайтесь созданием перегруженных операторов, выполняющих несвойственные им функции.

Оператор присваивания

 Четвертая, и последняя, функция, предоставляемая компилятором для работы с объектами, если, конечно, вы не задали никаких дополнительных функций, это функция оператора присваивания (operator=()). Этот оператор используется всякий раз, когда нужно присвоить объекту новое значение, например:

CAT catOne(5,7);

CAT catTwo(3,4);

//...другие строки программы

catTwo = catOne

В данном примере создан объект catOne, переменной которого itsAge присвоено значение 5, а переменной itsWeigth — 7. Затем создается объект catTwo со значениями переменных соответственно 3 и 4.

Через некоторое время объекту catTwo присваиваются значения объекта catOne. Что произойдет, если переменная itsAge является указателем, и что происходит со старыми значениями переменных объекта catTwo?

Работа с переменными-членами, которые хранят свои значения в области динамической памяти, рассматривалась ранее при обсуждении использования конструктора- копировщика (см. также рис. 10.1 и 10.2).

В C++ различают поверхностное и глубинное копирование данных. При поверхностном копировании происходит передача только адреса от одной переменной к другой, в результате чего оба объекта указывают на одни и те же ячейки памяти. В случае глубинного копирования действительно происходит копирование значений переменных из одной области памяти в другую. Различия между этими методами копирования показаны на рис. 10.3.

Все вышесказанное справедливо для присвоения данных. В случае использования оператора присваивания, процесс обмена данных протекает с некоторыми особенностями. Так, объект catTwo уже существует вместе со своими переменными, для каждой из которых выделены определенные ячейки памяти. В случае присвоения объекту новых значений предварительно необходимо освободить эти ячейки памяти. Что произойдет, если выполнить присвоение объекта catTwo самому себе:

catTwo = catTwo

Вряд ли такая строка в программе может иметь смысл, но в любом случае программа должна уметь поддерживать подобные ситуации. Дело в том, что присвоение объекта самому себе может произойти по ошибке в случае косвенного обращения к указателю, который ссылается на тот же объект.

Если не предусмотреть поддержку такой ситуации, то оператор присваивания сначала очистит ячейки памяти объекта catTwo, а затем попытается присвоить объекту catTwo свои собственные значения, которых уже не будет и в помине.

Чтобы предупредить подобную ситуацию, ваш оператор присваивания прежде всего должен определить, не совпадают ли друг с другом объекты по обе стороны от оператора присваивания. Это можно осуществить с помощью указателя this, как показано в листинге 10.15.

Листинг 10.15. Оператор присваивания

1: // Листинг 10.15.

2: // Конструктор-копировщик

3:

4: #include <iostream.h>

5:

6: class CAT

7: {

8:    public:

9:       CAT(); // конструктор по умолчанию

10:      // конструктор-копировщик и деструктор пропущены!

11:      int GetAge() const { return *itsAge; }

12:      int GetWeight() const { return *itsWeight; }

13:      void SetAge(int age) { *itsAge = age; }

14:      CAT & operator=(const CAT &);

15:

16:   private:

17:      int *itsAge;

18:      int *itsWeight;

19: };

20:

21: CAT::CAT()

22: {

23:    itsAge = new int;

24:    itsWeight = new int;

25:    *itsAge = 5;

26:    *itsWeight = 9;

27: }

28:

29:

30: CAT & CAT::operator=(const CAT & rhs)

31: {

32:    if (this == &rhs)

33:       return *this;

34:    *itsAge = rhs.GetAge();

35:    *itsWeight = rhs.GetWeight();

36:    return *this;

37: }

38:

39:

40: int main()

41: {

42:    CAT frisky;

43:    cout << "frisky's age: " << frisky.GetAge() << endl;

44:    cout << "Setting frisky to 6...\n";

45:    frisky.SetAge(6);

46:    CAT whiskers;

47:    cout << "whiskers' age: " << whiskers.GetAge() << endl;

48:    cout << "copying frisky to whiskers...\n";

49:    whiskers = frisky;

50:    cout << "whiskers' age: " << whiskers.GetAge() << endl;

51:    return 0;

52: }

Результат:

frisky's age: 5

Setting frisky to 6. . .

whiskers' age: 5

copying frisky to whiskers...

whiskers' age: 6

Анализ: В листинге 10.15 вновь используется класс CAT. Чтобы не повторяться, в данном коде пропущены объявления конструктора-копировщика и деструктора. В строке 14 объявляется оператор присваивания, определение которого представлено в строках 30—37.

В строке 32 выполняется проверка того, не является ли объект, которому будет присвоено значение, тем же самым объектом класса CAT, чье значение будет присвоено. Чтобы проверить это, сравниваются адреса в указателях rhs и this.

Безусловно, оператор присваивания (=) может быть произвольно перегружен таким образом, чтобы отвечать представлениям программиста, что означает равенство объектов.