Перегрузка операций.

Итак, на сегодняшний день Вы уже умеете не только использовать встроенные типы данных, но и создавать на их основе собственные типы. Согласитесь, было бы здорово для новых типов данных использовать тот богатый набор операций, которым располагает С++. Мы говорим о сложении чисел, строк, матриц, дат, денег и т.п. Естественно и удобно использовать для выполнения этих действий операцию "плюс", а не определять соответствующие функции-компоненты.

Например, чтобы сложить два объекта fr1 и fr2 класса Fraction (Дробь),

какой код Вы предпочли бы?

Fraction f3 = fr1 + fr2;

или

Fraction f3 = fr1.Add(fr2);

Или для класса string (строка) из предыдудщего урока, было бы удобно операцию конкатенации (сложения, соединения) строк s1 и s2 записать как

s1 + s2

но если Вы просто попытаетесь так сделать, то получите ошибку компиляции: "binary '+' : 'class string' does not define this operator" (класс string не определяет оператор +), другими словами компилятор не умеет применить эту операцию к типу, определенному пользователем.

Не огорчайтесь! :) Язык С++ (лучший язык программирования в мире!), дает возможность распространить действие практически любой стандартной операции на новые типы данных, вводимые пользователем. Сделать это позволяет механизм перегрузки стандартных операций.

С перегрузкой операторов мы сталкиваемся практически с первых занятий. Например, операция сложения (+) выполняется для целых чисел, чисел с плавающей точкой и с удвоенной точностью совершенно по-разному. Тем не менее сложение прекрасно работает с любыми типами - int, float, double и многими другими встроенными типами, т.к. операция сложения (+) перегружена в самом С++.

Чтобы появилась возможность использовать стандартную для языка С++ операцию (например, '+' или '*') с необычными для нее данными, необходимо специальным образом определить ее новое поведение.

Сложение дат, сложение денег, сложение матриц, конкатенация строк, дополнение множеств - все эти действия осуществляются по разным правилам, хотя для записи их удобно использовать оператор +. Компилятор не знает этих правил сложения, поэтому в каждом конкретном случае их нужно ему сообщить. Это можно сделать, определив соответствующие функции.

Механизм перегрузки функций во многом схож с механизмом определения функций. Чтобы определить действие некоторой операции для нового пользовательского типа данных, нужно описать специальную функцию, называемую "операция-функция" (operator function). Формат определения операции-функции:

тип_возвращаемого_значения operator знак_операции

(список параметров операции-функции)

{

тело_операции-функции

}

Например, прототип операции-функции + для класса Fraction:

Fraction operator+(Fraction);

Теперь, чтобы сложить два объекта fr1 и fr2, достаточно просто записать выражение fr1 + fr2, которое интерпретируется как вызов функции fr1.operator+(fr2).

Определенная таким образом операция называется перегруженной (по-английски - overload), а сам механизм - перегрузкой или расширением действия стандартных операций языка С++.

Кажется, пора быть примеру? Давайте опишем класс CCurrency, который будем использовать для хранения и обработки денежных сумм.

class CCurrency

{

private:

long Dollars;

int Cents;

public:

// конструктор по умолчанию

CCurrency() {

Dollars = 0;

Cents = 0;

}

// конструктор

CCurrency (long Dol, int Cen) {

SetAmount (Dol, Cen);

}

// получить величину денежной суммы (в переменные PDol и PCen)

void GetAmount (long *PDol, int *PCen) {

*PDol = Dollars;

*PCen = Cents;

}

// вывод денежной суммы на экран

void PrintAmount () {

cout << '$' << Dollars << '.';

cout << Cents << '\n';

}

// назначить величину денежной суммы

void SetAmount (long Dol, int Cen) {

Dollars = Dol + Cen/100;

Cents = Cen%100;

}

// сложить две денежные суммы

CCurrency Sum(CCurrency aCurr) {

CCurrency Temp;

Temp.SetAmount(Dollars + aCurr.Dollars, Cents + aCurr.Cents);

return Temp;

}

};

В классе CCurrency доллары и центы хранятся в виде отдельных велечин. При этом доллары имеют тип long.

Хотя в VisualC++6 размер переменной long совпадает с размером переменной int (4 байта), переменная Dollars объявлена как переменная типа long, с тем чтобы она могла содержать максимально возможные целочисленные значения при использовании любого компилятора.

Класс содержит конструктор по умолчанию для установки в ноль начальных значений переменных (долларов и центов) и конструктор для присвоения этим переменным конкретных значений. Кроме того, имеется отдельная функция-член SetAmount, которая позволяет задать велечину денежной суммы. Обратите внимание, что данные-члены класса (Dollars и Cents) объявлены со спецификатором доступа private, а значит они недоступны в функции main и мы не можем их изменить напрямую, а только, используя функцию SetAmount. SetAmount при присвоении значений переменным Dollars и Cents преобразует их к нужному формату (величина центов - число в диапозоне [0,99]). Например, если вызвать эту функцию с параметрами (100, 180), то переменная Dollars получит значение 101, а Cents - 80 (т.е. 101 доллар и 80 центов). Также в классе описаны функции-члены GetAmount для получения значений переменных Dollars и Cents, PrintAmount для вывода денежной суммы на экран и Sum (в этом описании класса еще не использовали перегрузку операторов) для сложения двух денежных сумм.

Следующая программа использует класс CCurrency для подсчета суммы коммунальных услуг (вода, отопление, электричество) за месяц.

void main ()

{

CCurrency Heating(40,50); // плата за отопление

CCurrency Water(20,30); // плата за воду

CCurrency Electricity(25,67); // плата за электричество

CCurrency Total; // плата за коммунальные услуги

Total = Heating.Sum(Water);

Total = Total.Sum(Electricity);

Total.PrintAmount(); // выводим на экран общую сумму к оплате за услуги

}

Вместо задания функций-членов для арифметических операций с деньгами, можно перегрузить стандартные операторы С++. Это позволит выполнять арифметические действия, применяя выражения, традиционно используемые для встроенных типов данных.

Итак, для перегрузки оператора выполняется функция с именем operator, за которым следует обозначение операции. В нашем случае для сложения денежных сумм можно перегрузить оператор бинарного плюса (+), добавив в определении класса CCurrency (вместо функции CCurrency Sum(CCurrency aCurr);) следующую функцию-член:

class CCurrency

{

// ...

public:

// ...

CCurrency operator+ (CCurrency aCurr) {

CCurrency Temp(Dollars + aCurr.Dollars, Cents + aCurr.Cents);

return Temp;

}

};

Функция-оператор определяется как public, чтобы ее могли использовать другие функции программы. Если такая функция задана, операцию сложения можно реализовать следующим образом:

CCurrency Amount1 (12,89);

CCurrency Amount2 (45, 91);

CCurrency Total;

Total = Amount1 + Amount2;

Компилятор языка С++ интерпритирует выражение Amount1 + Amount2 как

Amount1.operator+(Amount2);

Подобно стандартной операции сложения, выражение, содержащее более одного перегруженного оператора "+", вычисляется слева направо. Например, следующая программа использует перегруженный оператор для сложения величин, хранимых в трех объектах CCurrency.

void main ()

{

CCurrency Heating(40,50);

CCurrency Water(20,30);

CCurrency Electricity(25,67);

CCurrency Total;

Total = Heating + Water + Electricity;

Total.PrintAmount();

}

Функцию operator+ можно реализовать более эффективно, передавая ей ссылку на объект класса CCurrency, а не сам объект. Передача ссылок исключает необходимость копирования объекта в локальный параметр, что особенно важно для объектов больших размеров. Следующий фрагмент программы является окончательной версией функции operator+.

CCurrency operator+ (const CCurrency &aCurr) {

return CCurrency(Dollars + aCurr.Dollars, Cents + aCurr.Cents);

}

Использование спецификатора const при объявлении параметра - гарантия того, что функция не изменит значение параметра.