Перегрузка операций. Язык С++. (Лекция 9)

Операции со встроенными типами
int i, j, k;
float x, y;
k = i + j;
if (x > y)
i++;

Способы перегрузки операторов
2 способа объявления операторной функции:
1) как глобальной функции,
2) как метода класса.

Оператор как глобальная функция
Синтаксис объявления глобальной функции
тип operator# ( список_аргументов );
# - символ оператора (+, -, <, ++ и т.д.).

1) Объявление класса и операторных функций (заголовочный файл модуля complex).
...
class complex
{
public:
float re, im;
};
complex operator+(complex a, complex b);
complex operator-(complex a, complex b);
complex operator*(complex a, complex b);
complex operator/(complex a, complex b);
...
Пример: класс комплексных чисел

#include
#include "complex.h"
using namespace std;
void main()
{
complex a(0., 1.), b(-1., 0.), c, d;
c = a + b; // неявный вызов
d = operator+(b, c); // явный вызов
cout << "c=(" << c.re << "," << c.im << ");";
cout << "d=(" << d.re << "," << d.im << ");";
cin.get();
}
2) Использование перегруженных операторов (файл драйвера).

#include "complex.h"
complex operator+ (complex c1, complex c2)
{
complex tmp;
tmp.re = c1.re + c2.re;
tmp.im = c1.im + c2.im;
return tmp;
}
3) Реализация перегруженного оператора сложения (файл реализации модуля complex).

Не допускается определять новые операторы (например, **).
Не допускается перегружать операторы встроенных типов.
Перегруженный оператор может быть методом класса или глобальной функцией.
Операторы подчиняются правилам приоритета, группирования и числа операндов.
Если имеется и унарная, и бинарная версия оператора (например, &, *, +, -), то они перегружаются отдельно.
Перегруженные операторы не имеют аргументов по умолчанию.
Все перегруженные операторы, кроме оператора присваивания, наследуются
Правила перегрузки операторов

Дружественные функции
Если оператор определен как глобальная (внешняя) функция, то доступ к закрытым (private) и защищенным (protected) полям и методам для нее запрещен.
Однако это ограничение не касается дружественных (friend) функций, которые имеют доступ ко всем полям класса.
Дружественная функция объявляется внутри класса с ключевым словом friend, однако не является методом класса.

...
class complex
{
private:
float re, im;
friend complex operator~(const complex c);
};
...
Пример: класс complex и дружественные функции-операторы
complex operator~ (const complex c)
{
complex tmp;
tmp.re = c.re;
tmp.im =-c.im;
return tmp;
}
доступ к закрытым полям

Оператор как метод класса
Операторная функция может быть объявлена не только как глобальная и дружественная, но и как метод класса.
В этом случае функция объявляется в открытой (public) части определения класса. Количество аргументов функции при этом на единицу меньше, чем арность соответствующего оператора.
Таким образом, унарные операторы (~, !, *, &, ++,...) объявляются как методы без аргументов, а бинарные операторы (<,>, ==, &, ||, >>, <<, ...) - с одним аргументом.

Объявим операторные функции сложения (бинарный оператор +) комплексных чисел и операцию комплексного сопряжения (унарный оператор ~) как методы класса complex.
...
class complex
{
float re, im;
public:
complex operator+(const complex a);
complex operator~();
};
...
Пример: класс complex

complex complex::operator+(const complex c)
{
complex tmp;
tmp.re = re + c.re;
tmp.im = im + c.im;
return tmp;
}
complex complex::operator~()
{
complex tmp;
tmp.re = re;
tmp.im =-im;
return tmp;
}
Реализация операторных методов
tmp.re = this->re + c.re;
tmp.im = this->im + c.im;
tmp.re = this->re;
tmp.im =-this->im;

Вызов операторных функций:
1) явный (с указанием имени функции)
complex a(1.,0), b(0.,1.), c, d;
c = a.operator+(b);
d = c.operator~();
2) неявный (с помощью символа операции)
complex a(1.,0), b(0.,1.), c, d;
c = a + b;
d = ~c;

При выборе способа перегрузки оператора (глобальная функция или метод класса) необходимо принимать во внимание, что
1) некоторые операторы могут перегружаться только как глобальные функции (пример ниже);
2) некоторые операторы могут перегружаться только как методы класса ( =, (), [], ->);
3) некоторые операторы не могут быть перегружены вообще (., .*, ::, ?:, #, ##).
Выбор способа перегрузки - I.

Несмотря на то, что выбор способа перегрузки оператора остается за программистом, существуют некоторые общепринятые рекомендации относительно этого выбора.
Выбор способа перегрузки - II.

1) Оператор присваивания =.
Реализуется компилятором неявно с использованием "поверхностного копирования". Должен быть переопределен явно в случаях, когда объект класса содержит неразделяемую ссылку (например, динамический указатель).
Для объектов с неразделяемыми ссылками необходима реализация "глубокого копирования". Кроме того, вместе с оператором = требуется также явным образом определить конструктор копирования и деструктор (Правило Трех).
Особенности реализации некоторых операторов

1) объявление
complex& operator=(const complex& c);
2) определение (реализация)
complex& complex::operator=(const complex& c)
{
re = c.re;
im = c.im;
return *this;
}

2) Операторы потокового ввода/вывода (>>, <<)
При использовании операторов сдвига >> и << левым операндом всегда является потоковый объект (например, cin >> x, cout << y). В этом случае операторная функция может быть объявлена только как глобальная и дружественная.