C++11&QT复习 （五）

Day6-2 成员访问运算符重载（2025.03.25）

1. 复习

在上一节中，我们学习了 C++ 中的 输入输出流运算符重载（<< 和 >>） 以及 下标运算符 [] 和函数调用运算符 () 的重载。本节我们将重点学习 成员访问运算符（-> 和 *）的重载。

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2. 成员访问运算符重载

C++ 允许用户自定义类的成员访问方式，其中 ->（箭头运算符）和 *（解引用运算符）是最常见的运算符之一。它们通常用于模拟智能指针或多层指针访问。

2.1 箭头运算符 (->) 重载

(1) 语法

class A {
public:
    B* operator->();
};

作用：

• 允许 A 类的对象 像指针一样访问 B 类的成员。
• 典型用途是在 封装指针 的类（如智能指针）中重载 operator->，使得用户无需手动解引用即可访问目标对象的成员。

注意事项：

1. 返回值必须是一个指针或者引用，否则无法继续访问成员变量或函数。
2. 如果返回的是对象的引用，则可以实现多层 -> 重载。
3. operator-> 不能改变调用对象自身，因此通常 不应该声明为 const 成员函数。

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2.2 解引用运算符 (*) 重载

(1) 语法

class A {
public:
    B& operator*();
};

作用：

• 允许 A 类的对象 像指针一样进行解引用。
• 常见于智能指针的实现，使 *ptr 直接返回对象的引用，方便访问其成员。

注意事项：

1. 返回值一般是引用（如 B&），这样不会产生额外的拷贝。
2. 适用于 封装指针 的类，如智能指针或代理类。

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3. 代码分析

#include  
using namespace std;

class Data
{
public:
	Data(int data = 0)
		:_data(data)
	{
		cout << "Data(int data = 0)" << endl;
	}

	~Data()
	{
		cout << "~Data()" << endl; 
	}

	int getData() const
	{
		return _data;
	}
private:
	int _data;
};

class SecondLayer
{
public:
	SecondLayer(Data* pData)
	:_pData(pData)
	{
		cout << "SecondLayer(Data* pData)" << endl;
	}

	//重载 -> 运算符
	Data* operator->()
	{
		return _pData;
	}

	//解引用重载运算符
	Data& operator*()
	{
		return *_pData;
	}


	~SecondLayer()
	{
		cout << "~SecondLayer()" << endl;
		if (_pData)
		{
			delete _pData;
			_pData = nullptr;
		}
	}


private:
	Data* _pData;
};

class ThirdLayer
{
public:
	ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)
		:_pSecond(pSecond)
	{
		cout << "ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)" << endl;
	}

	//重载 -> 运算符
	SecondLayer& operator->() 
	{
		return *_pSecond;
	}

	~ThirdLayer()
	{
		cout << "~ThirdLayer()" << endl;
		if (_pSecond)
		{
			delete _pSecond;
			_pSecond = nullptr;
		}
	}

private:
	SecondLayer* _pSecond;
};


void test()
{
	/*Data* data = new Data(1);
	SecondLayer* second = new SecondLayer(data);
	ThirdLayer* third = new ThirdLayer(second);*/

	SecondLayer second(new Data(10));//栈对象
	//A类的对象调用B类的成员函数
	/*cout << "&second : " << &second << endl;
	cout << "second.operator->() :" << second.operator->() << endl;*/

	//  重载operator->  
	cout << "second.operator->()->getData() :" << second.operator->()->getData() << endl;
	cout << "second->getData() :" << second->getData() << endl;

	//  重载operator* 
	cout << "(*second).getData()" << (*second).getData() << endl;


	ThirdLayer third(new SecondLayer(new Data(30)));//栈对象
	cout << "third->getData() : " << third->getData() << endl;
	//还原
	cout << "third.operator->().operator->()->getData()" << third.operator->().operator->()->getData();
}

int main(int argc, char** argv)
{
	test();
	test();
	return 0;
}

3.1 代码结构

上面的代码实现了一个 三层封装 的指针代理类，分别是：

• Data：数据类，包含一个 _data 成员变量。
• SecondLayer：封装 Data* 指针，并重载 operator-> 和 operator*。
• ThirdLayer：封装 SecondLayer* 指针，并重载 operator->。

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3.2 代码解析

(1) Data 类

class Data
{
public:
    Data(int data = 0) : _data(data)
    {
        cout << "Data(int data = 0)" << endl;
    }

    ~Data()
    {
        cout << "~Data()" << endl;
    }

    int getData() const
    {
        return _data;
    }
private:
    int _data;
};

• Data 类封装了一个 int 类型的数据 _data，提供了 getData() 方法用于获取数据值。
• 构造函数、析构函数用于跟踪对象的创建和销毁。

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(2) SecondLayer 类

class SecondLayer
{
public:
    SecondLayer(Data* pData) : _pData(pData)
    {
        cout << "SecondLayer(Data* pData)" << endl;
    }

    // 重载 -> 运算符
    Data* operator->()
    {
        return _pData;
    }

    // 解引用运算符 *
    Data& operator*()
    {
        return *_pData;
    }

    ~SecondLayer()
    {
        cout << "~SecondLayer()" << endl;
        if (_pData)
        {
            delete _pData;
            _pData = nullptr;
        }
    }

private:
    Data* _pData;
};

• 封装 Data* 指针，并提供访问 Data 成员的方式。
• operator->() 返回 _pData 指针，使得 SecondLayer 对象 可以像指针一样使用 -> 访问 Data 的方法。
• operator*() 返回 _pData 所指向的 Data 对象的引用，使 *second 直接返回 Data 对象。

示例：

SecondLayer second(new Data(10));
cout << second->getData() << endl;  // 等价于 second.operator->()->getData()
cout << (*second).getData() << endl; // 等价于 second.operator*().getData()

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(3) ThirdLayer 类

class ThirdLayer
{
public:
    ThirdLayer(SecondLayer* pSecond) : _pSecond(pSecond)
    {
        cout << "ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)" << endl;
    }

    // 重载 -> 运算符
    SecondLayer& operator->()
    {
        return *_pSecond;
    }

    ~ThirdLayer()
    {
        cout << "~ThirdLayer()" << endl;
        if (_pSecond)
        {
            delete _pSecond;
            _pSecond = nullptr;
        }
    }

private:
    SecondLayer* _pSecond;
};

• ThirdLayer 封装了 SecondLayer* 指针，并提供 operator->() 使其 可以像 SecondLayer 一样使用 -> 访问 Data 的方法。
• 实现两层 -> 重载，使得 ThirdLayer 可以连续访问 Data 成员。

示例：

ThirdLayer third(new SecondLayer(new Data(30)));
cout << third->getData() << endl;  // 等价于 third.operator->().operator->()->getData()

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3.3 运行 test() 方法

void test()
{
    SecondLayer second(new Data(10));
    cout << "second->getData() :" << second->getData() << endl;
    cout << "(*second).getData()" << (*second).getData() << endl;

    ThirdLayer third(new SecondLayer(new Data(30)));
    cout << "third->getData() : " << third->getData() << endl;
    cout << "third.operator->().operator->()->getData() : " << third.operator->().operator->()->getData();
}

输出：

Data(int data = 0)
SecondLayer(Data* pData)
second->getData() : 10
(*second).getData() : 10
Data(int data = 0)
SecondLayer(Data* pData)
ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)
third->getData() : 30
third.operator->().operator->()->getData() : 30
~ThirdLayer()
~SecondLayer()
~Data()
~SecondLayer()
~Data()

• SecondLayer 允许访问 Data 对象。
• ThirdLayer 允许访问 SecondLayer，最终可访问 Data。
• 多层指针访问的代理模式生效，并且析构时正确释放了内存。

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4. 总结

运算符	作用	适用场景	返回值类型
operator->()	允许对象像指针一样访问成员	智能指针、代理类	指针或引用
operator*()	允许对象像指针一样解引用	智能指针、代理类	引用

关键点：

1. operator->() 需要返回指针或引用，可以连续调用 ->。
2. operator*() 需要返回对象的引用，避免拷贝，提高性能。
3. 适用于封装指针的类，如智能指针和代理类。

本节学习了 成员访问运算符 -> 和 * 的重载，掌握它们的用法可以更好地理解 智能指针 和 代理模式。