第14章-重载运算符与类型转换

重载运算符与类型转换

1 基本概念

• 当运算符作用于内置类型的运算对象时，我们无法改变该运算符的含义（不能为内置对象运算符重新定义）。
• 只能重载已有的运算符，而无权发明新的运算符。
• 对于一个重载的运算符来说，优先级和结合律与对应的内置运算符保持一致。
• 不能被重载的运算符有：作用域运算符（：：），.*运算符，.运算符和?：运算符。
• data1+data2；与operator+（data1，data2）等价（这是对于非成员运算符重载）。
• data1+=data2；与data1.operator+=（data2）等价（这是对于成员运算符重载）。
• 对于指定运算对象求值顺序的运算符（&&和||）来说，因为它们的重载版本无法保留求值顺序和/或短路求值属性，因此不建议重载它们。
• 对于逗号运算符和取地址运算符，C++语言已经定义了这两种运算符用于类类型对象时的特殊含义，这与大多数运算符都不相同。因为它们已经有了内置的含义，所以一般不应该重载它们。
• 在重载运算符的时候，尽量使用与内置类型一致的含义。
• 对于将运算符定义为成员函数还是普通的非成员函数，应该遵循下列准则：
• 赋值（=）、下标（[]）、调用（()）和成员访问箭头运算符（->）必须是成员；
• 复合赋值运算（+=、-=等）一般来说应该是成员，但是非必须；
• 改变对象状态的运算符或者与给定类型密切相关的运算符，如递增、递减和解引用运算符，通常应该是成员；
• 具有对称性的运算符可能转换任意一端的运算对象，例如算数、相等性、关系和位运算符等，因此它们通常应该是普通的非成员函数。
• 当我们把运算符定义成成员函数时，它的左侧运算对象必须是运算符所属类的一个对象。

2 输入和输出运算符

2-1 重载输出运算符<<

• 通常，输出运算符应该主要负责打印对象的内容而非控制格式，输出运算符不应该打印换行符，相反，应该让用户有权控制输出的细节。

2-2 重载输入运算符>>

• 输入运算符必须处理输出可能失败的情况，而输出运算符就不需要。
• 当读取操作发生错误时，输入运算符应该负责从错误中恢复。

3 算术和关系运算符

• 如果类同时定义了算术运算符和相关的复合赋值运算符，则通常情况下应该使用复合赋值运算符来实现算数运算符。

3-1 相等运算符

• 相等运算符和不相等运算符中的一个应该把工作委托给另外一个，这意味着其中一个运算符应该负责实际比较对象的工作，而另一个运算符则只是调用那个真正工作的运算符。

3-2 关系运算符

• 如果类同时也含有==运算符的话，则定义一种关系另其与==保持一致。特别是，如果两个对象是不相等的，那么必须结果是一个对象<另外一个。

4 赋值运算符

5 下标运算符

• 如果一个类包含下标运算符，则它通常会应以两个版本：一个返回普通引用，另一个是类的常量成员并且返回常量引用。

6 递增和递减运算符

7 成员访问运算符

• 我们可以令operator*完成任何我们指定的操作。但是箭头运算符不是这样，它永远不能丢掉成员访问这个最基本的含义。而当我们重载箭头运算符时，可以改变的是箭头从哪个对象中获取成员，而箭头运算符获取成员这个事实则永远不变。
• 对于形如point->mem的表达式，point必须是指向类对象的指针或者是一个重载了operator->的类对象。其执行过程如下：
• 如果point是指针，则应用内置的箭头运算符，表达式等价（*point）.men；
• 如果point是定义了operator->的类对象，则我们使用point.operator->（）的结果来获取mem。其中，如果该结果是一个指针，则执行上一步；如果该结果本身含有重载的operator->，则重复调用当前步骤。

8 函数调用运算符

8-1 lambda是函数对象

• 当我们编写一个lambda表达式后，编译器将该表达式翻译成一个未命名类的未命名对象。在lambda表达式产生的类中含有一个重载的函数调用运算符。

8-2 标准库定义的函数对象

• 如，plus另加法运算符作用于int，并返回int；less用来比较两个int指针（标准库规定指针的less是定义良好的，可能是比较两个指针的地址）。

8-3 可调用对象与function

• C++中有几种可调用对象：函数、函数指针、lambda表达式、bind创建的可调用对象以及重载了函数调用运算符的类。
• 可调用对象也是有类型的，两个不同类型的可调用对象可以共享同一种调用形式。调用形式指明了调用返回的类型以及传递给调用的实参类型，一种调用形式对应一个函数类型，如int（int，int）。
• C++11定义了一种可调用对象类型function（可以代表任何相同调用形式的可调用对象）。

function的操作

function f	f是一个用来存储可调用对象的空function，这些可调用对象的调用形式为T（即retType（args））
function f（nullptr）	显示构造一个空function
function f（obj）	在f中存储可调用对象obj的副本
f	将f作为条件：f含有一个可调用对象为真；否则为假
f（args）	调用f中的对象，参数是args

function的成员类型

result_type	该function类型的可调用对象的返回值类型
argument_type	当T有一个或两个实参时定义的类型。如果T只有一个实参，则argument_type
first_argument_type	是该类型的同义词；如果T有两个实参，则first_argument_type和
second_argument_type	second_argument_type分别代表两个实参的类型

9 重载、类型转换与运算符

9-1 类型转换运算符

• 类型转换运算符时类的一种特殊成员函数，它负责将一个类类型的转换成其他类型。
• 一个类型转换函数必须是类的成员函数；它不能声明返回值类型，形参列表也必须为空。类型转换函数通常应该是const，其形式为operator type（）const。
• 尽管编译器因此只执行一个用户定义的类型转换，但是隐式的用户定义类型转换可以置于一个标准（内置）类型转换之前或之后，并与其一起使用。
• C++11新标准引入了显示的类型转换运算符，即在operator type之前加explicit。当类型转换运算符时显式时，我们也可以执行类型转换，不过必须通过显式的强制类型转换才可以。但是，该例存在一个例外，即如果表达式被用作条件，编译器会将显式的类型转换自动应用于它。
• 向bool类型的类型转换通常用在条件部分，所以operator bool一般定义成explicit的。

9-2 避免有二义性的类型转换

• 如果类中包含一个或多个类型转换，则必须确保在类类型和目标类型之间只存在唯一一种转换方式，否则，很可能出现二义性错误。
• 在两种情况下可能产生多重转换路径：
• 第一种是两个类提供了相同的类型转换：例如A定义一个接受B类对象的转换构造函数，同时B定义了一个转换目标是A类的类型转换运算符，我们就说它们提供了相同的类型转换；
• 第二种是类定义了多个转换规则，而这些转换涉及的类型本身可以通过其他类型转换联系到一起。最典型的就是算术运算符，对某个给定的类，最好只定义最多一个与算术类型有关的转换规则。

9-3 函数匹配与重载运算符

• 表达式中运算符的候选函数集既应该包括成员函数，也应该包括非成员函数。