Continuamos a série "C ++, cavando em profundidade". O objetivo desta série é informar o máximo possível sobre os vários recursos do idioma, possivelmente bastante especiais. Este artigo é sobre sobrecarga do operador. É dada atenção especial ao uso de operadores sobrecarregados na biblioteca padrão. Este é o segundo artigo da série, o primeiro dedicado à sobrecarga de funções e modelos, está aqui . O próximo artigo se concentrará na sobrecarga de instruções de gerenciamento de memória.
Índice
Introdução
Sobrecarga de operador é a capacidade de aplicar operadores de idiomas internos a diferentes tipos, incluindo tipos de usuários. De fato, essa é uma ideia bastante antiga. Já nas primeiras linguagens de programação, símbolos de operações aritméticas: +
.-
etc. foram utilizados para operações em números inteiros e reais, apesar de possuírem tamanhos e representações internas diferentes e, portanto, essas operações são implementadas de maneiras diferentes. Com o advento das linguagens orientadas a objetos, essa idéia foi desenvolvida. Se as operações nos tipos definidos pelo usuário tiverem semântica semelhante às operações nos tipos internos, por que não usar a sintaxe dos operadores internos. Isso pode aumentar a legibilidade do código, torná-lo mais conciso e expressivo, simplificar a escrita do código generalizado. No C ++, a sobrecarga do operador tem um suporte sério e é ativamente usada na biblioteca padrão.
1. Questões gerais de sobrecarga do operador
1.1 Operadores sobrecarregados
C++17 : +
, -
, *
, /
, %
, ^
, &
, |
, ~
, !
, ,
, =
, <
, >
, <=
, >=
, ++
, –-
, <<
, >>
, ==
, !=
, &&
, ||
, +=
, -=
, /=
, %=
, ^=
, &=
, |=
, *=
, <<=
, >>=
, []
, ()
, ->
, ->*
, new
, new[]
, delete
, delete[]
.
( , C++98.) , , , . , ()
, . +
, -
, *
, &
, ++
, –-
( ) — , , 6 .
1.2.
, . — +
+=
std::basic_string<>
. std::filesystem::path
(C++17). /
/=
. , . .
, . — <<
. , , , .
std::out<<c?x:y;
(std::out<<c)?x:y;
std::out<<(c?x:y);
.
std::out
void*
, - . -, , . +=
, , , , .
1.3. ,
: ,
(), &&
, ||
. , ( ), (short-circuit evaluation), , . ( , , , &&
, false
, ||
, true
.)
&
( ). &
, . ++11 ( ) std::addressof()
, &
.
1.4.
. , . , , . , , , . , , . a=b=c
. bool
. +
, -
, ~
. , . , , ( . [Sutter1]). , , . .
1.5.
1.5.1.
: - (-) . - — =
, ->
, []
, ()
. .
, - - operator@
, @
() . , . ()
.
, (-) , operator@
, @
() . , , . — , ( ), , . , , . :
namespace N
{
class X
{
X operator+() const;
X operator+(const X& x) const;
void operator()(int x, int y);
char operator[](int i);
};
X operator-(const X& x);
X operator-(const X& x, const X& y);
}
, , -, .
1.5.2.
(): . .
( , N
):
N::X x, y;
N::X z = x + y;
N::X v = x – y;
N::X w = +x;
N::X u = -x;
x(1,2);
char p = x[4];
N::X z = x.operator+(y);
N::X v = operator-(x, y);
N::X w = x.operator+();
N::X u = operator-(x);
x.operator()(1,2);
char p = x.operator[](4);
, , , . , , . ( ) , . ( — .) ->
, , .
, , (argument depended lookup, ADL), , , , , , . , ADL .
1.5.3.
, , - . . , , . . , . , .
2.
2.1.
. — const ( -), ( ). ()
.
std::string
+
: const std::string&
, const char*
.
3.4.2 ()
.
()
, .
2.2.
, , , .
2.2.1.
— . , x@y
, y@x
. , - . +
std::string
, const char*
.
2.2.2.
-. (, -, .) . -, , , -, . . 3.8.
2.2.3.
— . X
, , X
. , . , -, . .
int i = 42;
std::reference_wrapper<int> rwi(i);
std::cout << rwi << '\n';
std::reference_wrapper<int>
, int&
, . , , . , 2.3.
2.2.4.
, -, . 2.6.
2.3.
, , . , .
class X
{
friend X operator+(const X& x, const X& y)
{
}
};
. , , , . , . , [Meyers1]. +
friend
, -
.
template<typename T>
class Rational
{
T num;
T den;
public:
Rational(T n = 0, T d = 1) : num(n), den(d) {}
T Num() const { return num; }
T Den() const { return den; }
friend const Rational operator+(
const Rational& x, const Rational& y)
{
return Rational(
x.num * y.den + y.num * x.den,
x.den * y.den);
}
};
template<typename T>
const Rational<T>operator-(
const Rational<T>& x, const Rational<T>& y)
{
return Rational<T>(
x.Num() * y.Den() - y.Num() * x.Den(),
x.Den() * y.Den());
}
+
. , T
Rational
, . :
Rational<int> r1(1, 2), r2(31, 64);
Rational<int> r3 = r1 + r2;
Rational<int> r4 = r1 + 3;
Rational<int> r5 = 4 + r2;
Rational
int
. int
int
Rational
, .
-
.
Rational<int> r6 = r1 - 3;
Rational<int> r7 = 4 - r2;
, int
Rational
. , , -
:
template<typename T>
const Rational<T> operator-(const Rational<T>& x, T y)
{
return operator-(x, Rational<T>(y));
}
template<typename T>
const Rational<T> operator-(T x, const Rational<T>& y)
{
return operator-(Rational<T>(x), y);
}
. [Meyers1].
2.4.
, , (computational constructor). (return value optimization, RVO). . [Dewhurst].
2.5.
-, . , , ( NVI – non virtual interface). «» . . , , *a+*b
. , ( +
), , ( Visitor). , , . [Dewhurst]. . , , — .
2.6.
, , . :
enum class Color { Begin, Red = Begin, Green, Blue, End};
Color& operator++(Color& col) { return (Color&)(++(int&)col); }
:
void Foo(Color col);
for (Color col = Color::Begin; col < Color::End; ++col)
{
Foo(col);
}
Color operator*(Color col) { return col; }
:
std::for_each(Color::Begin, Color::End, Foo);
. :
struct Colors
{
Color begin() const { return Color::Begin; }
Color end() const { return Color::End; }
};
for
:
for (auto col : Colors())
{
Foo(col);
}
3.
, .
3.1. ->
- ( ). (, ), , ->
. «» — . :
class X
{
void Foo();
};
class XPtr
{
X* operator->() const;
};
X x;
x->Foo();
x.operator->()->Foo();
->
.
3.2. *
->
. , , ->
. -.
*
.
3.3. []
, , , -, . , , , . «» , , . . , , , , &[i]
, . , , .
— .
T& operator[](int ind);
const T& operator[](int ind) const;
, -.
std::vector<>
, std::array<>
, std::basic_string<>
, std::deque<>
std::map<>
, std::unordered_map<>
. std::unique_ptr<>
.
3.3.1.
C++ , a[i,j]
, « », a[i][j]
. -. .
template<typename T>
class Matrix
{
public:
Matrix(int rowCount, int colCount);
class RowProxy;
RowProxy operator[](int i) const;
class RowProxy
{
public:
T& operator[](int j);
const T& operator[](int j) const;
};
};
Matrix<double> mtx(5, 6);
double s = mtx[1][2];
mtx[2][3] = 3.14;
3.4. ()
-. , . , ()
, , . C++ . C++ . , , : , , -, , . , . , , ( ), ()
-. — std::for_each()
, .
3.4.1. -
C++ ( ). . - « ».
3.4.2.
()
, . . .
3.4.3. -
( std::unordered_set<>
, std::unordered_multiset<>
, std::unordered_map<>
, std::unordered_multimap<>
) , - . -. ()
- std::size_t
. , . std::hash<>
, . , . , , -. .
- .
- .
C- .
3.4.4.
, . . ()
, , bool
. , . std::less<>
std::equal_to<>
, . <
, ==
.
std::less<>
std::set<>
, std::multiset<>
, std::map<>
, std::multimap<>
, std::priority_queue<>
.
std::equal_to<>
std::unordered_set<>
, std::unordered_multiset<>
, std::unordered_map<>
, std::unordered_multimap<>
.
, .
- , . , , , , ( ).
- , .
- .
C- .
3.4.5.
, . , (deleter). ()
. std::unique_ptr<>
std::default_delete<>
, delete
( delete[]
). std::shared_ptr<>
delete
. , . .
std::unique_ptr<>
-.- .
- std::shared_ptr<>
, std::shared_ptr<>
.
3.4.6.
, , . , ( ), .
Se o objeto funcional necessário não for especificado, o operador será <
usado por padrão em um algoritmo std::lexicographical_compare()
que compara intervalos, em algoritmos de pesquisa mínimo / máximo ( min_element()
, etc), em algoritmos relacionados à classificação e dados classificados ( std::sort()
, etc), em algoritmos relacionados à pirâmide ( std::make_heap()
, etc).O operador é ==
usado por padrão em um algoritmo std::equal()
que compara intervalos, em um algoritmo std::count()
que conta o número de elementos especificados, em algoritmos de busca ( std::find()
, etc), em algoritmos std::replace()
e std::remove()
que modificam um intervalo.
O operador é +
usado por padrão no algoritmo accumulate()
. (Para detalhes, consulte o Apêndice A.)
, .
- , . , .
- , . ( -.)
C- .
3.4.7.
C++11 . ()
. , - . .
#include <functional>
int Foo(const char* s) { return *s; }
struct X
{
int operator() const (const char* s) { return *s; }
};
std::function<int(const char*)>
f1 = Foo,
f2 = X(),
f3 = [](const char* s) { return *s; };
int r1 = f1("1"),
r2 = f2("2"),
r3 = f3("3");
3.5.
. bool
.
<
==
, . . (. [Josuttis]). <
: ( x<y
true
, y<x
false
), ( x<y
y<z
, x<z
), (x<x
false
), ( !(x<y) && !(y<x)
!(y<z) && !(z<y)
, !(x<z) && !(z<x)
). ==
: ( x==y
, y==x
), ( x==y
y==z
, x==z
), (x==x
true
). , . , .
. . <
==
, !
. , . std::rel_ops
<=
, >
, >=
, !=
. ( <utility>
.) .
#include <utility>
class X { };
bool operator==(const X& lh, const X& rh);
bool operator<(const X& lh, const X& rh);
bool operator<=(const X& lh, const X& rh)
{
return std::rel_ops::operator<=(lh, rh);
}
, std::rel_ops
, using
-:
using namespace std::rel_ops;
— <
, <=
, >
, >=
, ==
, !=
, , : std::thread::id
, std::type_index
, std::monostate
. , , . .
==
!=
std::error_code
, std::bitset
. , <
.
3.6.
, +
+=
. , — -. , +
, -
, -. .
class X
{
const X operator-() const;
X& operator+=(const X& x);
};
const X operator+(const X& x, const X& y);
+
, -
( ) . . , , . -, *this
. +
+=
, 1.4.1, , X
, const
.
. C-, . (. 2.2).
std::complex<>
. +
, +=
, -
, -=
. std::basic_string<>
+
+=
. std::filesystem::path
(C++17). /
/=
. , . .
3.7. ,
. , . - . .
class Iter
{
public:
Iter& operator++()
{
return *this;
}
const Iter operator++(int)
{
Iter it(*this);
++*this;
return it;
}
};
, , , . 1.4.
, .
3.8. << >>
( ). , : , , . .
#include <iostream>
struct Point
{
int X;
int Y;
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& strm, const Point& p)
{
strm << '[' << p.X << ',' << p.Y << ']';
return strm;
}
— , , . void*
, - . . 1.2.
3.9.
, -, . , , , . / . , . — . « », , ( ), , .
— , .
class X
{
public:
X(const X& src);
X(X&& src) noexcept;
X& operator=X(const X& src);
X& operator=X(X&& src) noexcept;
};
, , . - noexcept
.
. "=default"
.
class X
{
public:
X& operator=X(const X& src) = default;
X& operator=X(X&& src) = default;
};
. , , .
class X
{
public:
X& operator=X(const X& src) = delete;
X& operator=X(X&& src) = delete;
};
. , *this
. , a=b=c
. — « ». - , .
class X
{
public:
void Swap(X& src) noexcept;
X(const X& src);
X(X&& src) noexcept;
X& operator=X(const X& src);
X& operator=X(X&& src) noexcept;
};
:
X& X::operator=X(const X& src)
{
X tmp(src);
Swap(tmp);
return *this;
}
X& X::operator=X(X&& src) noexcept
{
X tmp(std::move(src));
Swap(tmp);
return *this;
}
, .
: , , ( ).
« » , .
X& X::operator=X(const X& src)
{
if (this != std::addressof(src))
{
}
return *this;
}
, , . « » , , , , .
, , .
X& X::operator=X(const X& src)
{
if (this != std::addressof(src))
{
this->~X();
new (this)(src);
}
return *this;
}
this
, new
, this
, . , , , . , , this
, , . . , X
- X
. this->~X()
, . .
( ) , /. ( .) , . .
3.10. !
, . true
, («», «»). . explicit
bool
, , true
, .
explicit operator bool() const noexcept;
4.
. , .
.
.
std::variant<>
(C++17). std::visit()
, ()
std::variant<>
, . std::visit()
()
, std::variant<>
. .
using IntStr = std::variant<int, std::string>;
struct Visitor
{
void operator()(int x) const
{
std::cout << "int, val=" << x << '\n';
}
void operator()(const std::string& x) const
{
std::cout << "string, val=" << x << '\n';
}
};
IntStr a(42), b("meow");
Visitor v;
std::visit(v, a);
std::visit(v, b);
std::reduce()
(C++17). std::accumulate()
. std::accumulate()
.
template<class InputIt, class T, class BinOper>
T accumulate(InputIt first, InputIt last, T init, BinOper oper);
BinOper
— ,
T f(T t, S s);
T
— , S
— , T
. , , T
S
, . , , . init
. , C++17 std::reduce()
, , .
template<class ExecutionPolicy,
class InputIt, class T, class BinOper>
T reduce(ExecutionPolicy&& policy,
InputIt first, InputIt last, T init, BinOper oper);
BinOper
std::accumulate()
— , BinOper
:
T f(T t, S s);
T f(S s1, S s2);
T f(T t1, T t2);
. - C-
C- — , — T*
const T*
, T
(char
, wchar_t
, etc). std::hash<>
, std::less<>
std::equal_to<>
, , . .
#include <functional>
template <class T>
inline void hash_combine(std::size_t& seed, const T& v)
{
std::hash<T> hasher;
seed ^= hasher(v) + 0x9e3779b9 +
(seed << 6) + (seed >> 2);
}
#include <cstring>
namespace std
{
template <>
struct hash<const char*>
{
size_t operator()(const char* str) const
{
std::size_t hash = 0;
for (; *str; ++str)
{
hash_combine(hash, *str);
}
return hash;
}
};
template <>
struct equal_to<const char*>
{
bool operator()(const char* x, const char* y) const
{
return strcmp(x, y) == 0;
}
};
template <>
struct less<const char*>
{
bool operator()(const char* x, const char* y) const
{
return strcmp(x, y) < 0;
}
};
}
hash_combine()
— Boost. -.
, , C- - .
#include <cstring>
const char* cc[] = { "one", "two", "three", "four" };
std::sort(cc, cc + _countof(cc),
[](const char* x, const char* y)
{ return std::strcmp(x, y) < 0; });
[Josuttis]
Josattis, Nikolai M. Biblioteca padrão C ++: Guia de Referência, 2ª ed.: Per. do inglês - M .: LLC “I.D. Williams ", 2014.
[Dewhurst]
Dewhurst, Stefan K. Slippery coloca C ++. Como evitar problemas ao projetar e compilar seus programas. do inglês - M .: DMK Press, 2012.
[Meyers1]
Meyers, Scott. Uso efetivo de C ++. 55 maneiras seguras de melhorar a estrutura e o código dos seus programas. do inglês - M .: DMK Press, 2014.
[Sutter1]
Sutter, brasão de armas. A solução de problemas complexos em C ++.: Per. do inglês - M: LLC “ID. Williams, 2015.