[c++primer][14]重载操作符与转换

14.1 重载操作符的定义

不能重载的操作符：.  ?:  sizeof  ::  .*

不能为任何内置类型定义额外的新的操作符；优先级和结合性是固定的；不再具备短路求值特性（不建议重载&&、||、逗号）；

一般将算术和关系操作符定义为非成员函数，而将赋值操作符定义为成员；

使用重载操作符的方式：

1）  与内置类型使用操作符方式一样；

2）  也可像调用普通函数一样调用重载操作符函数，指定函数并传递适当类型适当数目的形参；

item1 += item2; // expression based "call"
item1.operator+=(item2); // equivalent call to member operator function

重载操作符的设计

1）不要重载具有内置含义的操作符。如果没有特定重载版本，编译器就自己定义以下这些操作符：

 - 合成赋值操作符（=）：逐个成员赋值

 - 取地址操作符（&）、逗号操作符（，）与内置含义一致

 - 内置逻辑与（&&）和逻辑或（||）操作符使用短路求值，重新定义将会失去该特征。

2）大多数操作符对类对象没有意义，设计类的时候应该确定要支持哪些操作符。

3）复合赋值操作符。如果一个类有算术操作符或位操作符，那么提供相应的复合赋值操作符一般是个好的做法。

4）相等和关系操作符。将用作关联容器类型的类应定义<操作符；即使类只存储在顺序容器中，也应该定义相等操作符和小于操作符；如果类定义了相等操作符，它也应该定义不等操作符。

5）选择成员或非成员实现（经验原则）

 - 赋值下标调用和成员访问箭头（=、[ ]、( )、->）等操作符必须定义为成员，将这些操作符定义为非成员将在编译时标记为错误；

 - 复合赋值通常定义为类的成员（不是必须这样做）；

 - 改变对象状态或与给定类型紧密联系的一些操作符通常定义为成员，如自增自减解引用

 - 对称操作符，如算术、相等、关系和位操作符，最好定义为非成员。

14.2 输入和输出操作符

输出操作符<<的重载

ostream&
operator<<(ostream& out, const Sales_item& s)
{
　　out << s.isbn << "\t" << s.units_sold << "\t"
　　　　<< s.revenue << "\t" << s.avg_price();
　　return out;
}//注意：IO操作符必须为非成员函数

输入操作符>>的重载

istream&
operator>>(istream& in, Sales_item& s)
{
　　double price;
　　in >> s.isbn >> s.units_sold >> price;
　　// check that the inputs succeeded
　　if (in)
　　　　s.revenue = s.units_sold * price;
　　else
　　　　s = Sales_item(); // input failed: reset object to default state
　　return in;
}

14.3 算术操作符和关系操作符

一般而言，将算术和关系操作符定义为非成员函数

算术操作符

// assumes that both objects refer to the same isbn
Sales_item
operator+(const Sales_item& lhs, const Sales_item& rhs)
{
　　Sales_item ret(lhs); // copy lhs into a local object that we'll return
　　ret += rhs; // add in the contents of rhs
　　return ret; // return ret by value
}　

注意：同时定义了算术操作符和相关复合赋值操作符的类，一般用复合赋值实现算术操作

相等操作符

inline bool
operator==(const Sales_item &lhs, const Sales_item &rhs)
{
　　// must be made a friend of Sales_item
　　return lhs.units_sold == rhs.units_sold &&
　　lhs.revenue == rhs.revenue &&
　　lhs.same_isbn(rhs);
}

inline bool
operator!=(const Sales_item &lhs, const Sales_item &rhs)
{
　　return !(lhs == rhs); // != defined in terms of operator==
}

14.4 赋值操作符

赋值操作符必须是类的成员，赋值必须返回对*this的引用

14.5 下标操作符

下标操作符返回引用。一般要定义两个版本：一个为非const成员并返回引用，一个为const成员返回const引用。

class Foo {
public:
　　int &operator[] (const size_t);
　　const int &operator[] (const size_t) const;
　　// other interface members
private:
　　vector<int> data;
　　// other member data and private utility functions
};　

14.6 成员访问操作符

箭头（->）操作符一般为类成员，解引用（*）不要求定义为成员，但将它作为成员也是正确的。

class ScreenPtr {
public:
　　// constructor and copy control members as before
　　Screen &operator*() { return *ptr->sp; }
　　Screen *operator->() { return ptr->sp; }
　　const Screen &operator*() const { return *ptr->sp; }
　　const Screen *operator->() const { return ptr->sp; }
private:
　　ScrPtr *ptr; // points to use-counted ScrPtr class
};　

重载解引用

分别定义解引用操作的const和非const版本；const成员返回const引用以防止用户改变基础对象。

重载箭头操作符

表现得像二元操作符：接受一个对象和一个成员名。对对象解引用以获取成员，—>的右操作数对应着类成员的一个标识符。

当编写：point->action(); 

由于优先级规则，等价于 (point->action)();

1）如果point是指针，指向具有action成员的类对象，编译器将代码编译为调用该对象的action成员；

2）如果point是定义了operator->操作符的类，则point->action与point.operator->()->action相同，然后使用该结果重复这三步。

3）否则，代码出错。

重载箭头操作符必须返回指向类类型的指针，或者返回定义了自己的箭头操作符的类类型对象。

14.7 自增操作符和自减操作符

C++不要求自增自减一定作为类的成员，但是因为这些操作符改变对象状态，故倾向于作为成员。

/*
* smart pointer: Checks access to elements throws an out_of_range
* exception if attempt to access a nonexistent element
* users allocate and free the array
*/
class CheckedPtr {
public:
　　// no default constructor; CheckedPtrs must be bound to an object
　　CheckedPtr(int *b, int *e): beg(b), end(e), curr(b) { }
　　// dereference and increment operations
private:
　　int* beg; // pointer to beginning of the array
　　int* end; // one past the end of the array
　　int* curr; // current position within the array
};

前自增/自减（返回对象的引用）

class CheckedPtr {
public:
　　CheckedPtr& operator++(); // prefix operators
　　CheckedPtr& operator--();
　　// other members as before
};

// prefix: return reference to incremented/decremented object
CheckedPtr& CheckedPtr::operator++()
{
　　if (curr == end)
　　　　throw out_of_range
　　　　　　("increment past the end of CheckedPtr");
　　++curr; // advance current state
　　return *this;
}

CheckedPtr& CheckedPtr::operator--()
{
　　if (curr == beg)
　　　　throw out_of_range
　　　　　　("decrement past the beginning of CheckedPtr");
　　--curr; // move current state back one element
　　return *this;
}　

后自增/自减（返回对象的旧值）

为做区别，后缀操作符接受一个额外的int形参，使用时编译器提供0初始化它

class CheckedPtr {
public:
　　// increment and decrement
　　CheckedPtr operator++(int); // postfix operators
　　CheckedPtr operator--(int);
　　// other members as before
};

// postfix: increment/decrement object but return unchanged value
CheckedPtr CheckedPtr::operator++(int)
{
　　// no check needed here, the call to prefix increment will do the check
　　CheckedPtr ret(*this); // save current value
　　++*this; // advance one element, checking the increment
　　return ret; // return saved state
}

CheckedPtr CheckedPtr::operator--(int)
{
　　// no check needed here, the call to prefix decrement will do the check
　　CheckedPtr ret(*this); // save current value
　　--*this; // move backward one element and check
　　return ret; // return saved state
}

调用

CheckedPtr parr(ia, ia + size); // iapoints to an array of ints
parr.operator++(0); // call postfix operator++
parr.operator++(); // call prefix operator++

14.8 调用操作符和函数对象

函数调用操作符必须声明为成员函数。定义了调用操作符的类，其对象常称为函数对象（function object），即它们是行为类似函数的对象。

struct absInt {
　　int operator() (int val) {
　　　　return val < 0 ? -val : val;
　　}
};

int i = -42;
absInt absObj; // object that defines function call operator
unsigned int ui = absObj(i); // calls absInt::operator(int)

将函数对象用于标准库算法

谓词（predicate）是做某些检测的函数，返回用于条件判断的类型，指出条件是否成立。

// determine whether a length of a given word is 6 or more
bool GT6(const string &s)
{
　　return s.size() >= 6;
}

vector<string>::size_type wc =
count_if(words.begin(), words.end(), GT6);

函数对象可以更灵活

// determine whether a length of a given word is longer than a stored bound
class GT_cls {
public:
　　GT_cls(size_t val = 0): bound(val) { }
　　bool operator()(const string &s)
　　{ return s.size() >= bound; }
private:
　　std::string::size_type bound;
};
cout << count_if(words.begin(), word.end(), GT_cls(6)
　　　<< " words 6 characters or longer" << endl;

标准库定义的函数对象

标准库定义了一组算术、关系与逻辑函数对象类，以及一组函数适配器，用于特化或扩展标准库所定义的以及自定义的函数对象类。标准库函数对象类型在functional头文件定义。

不同的函数对象定义了执行不同操作符的调用操作符;两个一元函数对象类：negate<Type>（一元减），logical_not<Type>（逻辑非）

每个函数对象类都是一个模板，我们需要为该模板提供一个类型

plus<int> intAdd; // function object that can add two int values
negate<int> intNegate; // function object that can negate an int value
// uses intAdd::operator(int, int) to add 10 and 20
int sum = intAdd(10, 20); // sum = 30
// uses intNegate::operator(int) to generate -10 as second parameter
// to intAdd::operator(int, int)
sum = intAdd(10, intNegate(10)); // sum = 0

函数对象常用于覆盖算法使用的默认操作符。

// passes temporary function object that applies > operator to two strings
sort(svec.begin(), svec.end(), greater<string>());

函数对象的函数适配器

1）绑定器（bind1st，bind2nd）

count_if(vec.begin(), vec.end(), bind2nd(less_equal<int>(), 10));

2）求反器（not1，not2）

count_if(vec.begin(), vec.end(), not1(bind2nd(less_equal<int>(), 10)));

14.9 转换与类类型

一个实参调用的非explicit构造函数定义了一个隐式转换，这种构造函数定义了到类型的转换。我们还可以定义从类型的转换，像其他转换一样，编译器将自动应用这个转换。

转换操作符

转换操作符是一种特殊的类成员函数。它定义将类类型转变为其他类型值的转换。转换操作符在类定义体内声明，在operator后跟着转换的目标类型。通用形式：

operator type();

1）不允许转换为数组或函数类型，转换为指针和引用是可以的；

2）转换函数必须是成员函数，不能指定返回类型，但是必须显式返回一个指定类型的值，形参表空；

3）因不改变被转换的对象，通常定义为const成员