《21天学通C++（第7版）》——12.3 双目运算符

本节书摘来自异步社区出版社《21天学通C++（第7版）》一书中的第12章，第12.3节，作者： 【美】Siddhartha Rao, 【德】Nicolai M. Josuttis，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

12.3 双目运算符

21天学通C++（第7版）
对两个操作数进行操作的运算符称为双目运算符。以全局函数或静态成员函数的方式实现的双目运算符的定义如下：

以类成员的方式实现的双目运算符的定义如下：

以类成员的方式实现的双目运算符只接受一个参数，其原因是第二个参数通常是从类属性获得的。

12.3.1 双目运算符的类型

表12.2列出了可在C++应用程序中重载或重新定义的双目运算符。

12.3.2 双目加法与双目减法运算符

与递增/递减运算符类似，如果类实现了双目加法和双目减法运算符，便可将其对象加上或减去指定类型的值。再来看看日历类Date，虽然前面实现了将Date递增以便前移一天的功能，但它还不支持增加5天的功能。为实现这种功能，需要实现双目加法运算符，如程序清单12.5中的代码所示。

程序清单12.5 实现了双目加法运算符的日历类

输出：

分析：
第14～25行是双目运算符+和-的实现，让您能够使用简单的加法和减法语法，如main()中的第41和45行所示。

对字符串类来说，双目加法运算符也很有用。第9章分析了简单的字符串包装类MyString，它封装了一个C风格字符串，并提供了内存管理、复制等功能，如程序清单9.9所示。但这个类不支持使用如下语法将两个字符串拼接起来：

不用说，实现运算符+后，MyString使用起来将非常容易，值得去实现它：

程序清单9.9中添加上述代码，并提供实现为空的私有默认构造函数MyString()后，便可使用加法语法了。本章后面的程序清单12.12提供了一个MyString类，它实现了+等运算符。

运算符提高了类的可用性，但实现的运算符必须合理。对于Date类，您实现了加法和减法运算符，但对于MyString类，只实现了加法运算符（+）。这是因为对字符串执行减法运算的可能性极少，实现这样的运算符很可能是在浪费时间。
12.3.3 实现运算符+=与-=
加并赋值运算符支持语法a+=b;，这让程序员可将对象a增加b。这样，程序员可重载加并赋值运算符，使其接受不同类型的参数b。程序清单12.6让您能够给Date对象加上一个整数。

程序清单12.6 定义运算符+=和-=，以便将日历向前或向后翻整型输入参数指定的天数

输出：

分析：
运算符+=和-=是在第14～24行定义的。这些运算符让您能够加上或减去指定的天数，如main()中的下述代码所示：

运算符+=和-=接受一个int参数，让您能够给Date对象加上或减去指定的天数，就像处理的是整数一样。您还可提供运算符+=的重载版本，让它接受一个虚构的CDays对象作为参数：

乘并赋值运算符（*=）、除并赋值运算符（/=）、求模并赋值运算符（%=）、减并赋值运算符（-=）、左移并赋值运算符（ =）、右移并赋值运算符（ =）、异或并赋值运算符（^=）、按位或并赋值运算符（|=）以及按位与并赋值运算符（ =）的语法都与程序清单12.6所示的加并赋值运算符类似。

虽然重载运算符的最终目标是让类更直观，更易于使用，但很多时候实现这些运算符并没有意义。例如，前面的日历类Date绝对不会用到按位与并赋值运算符 =。这个类的用户应该不会想通过greatDay = 20；等操作获得有用的结果。

12.3.4 重载等于运算符（==）和不等运算符（!=）

如果像下面这样将两个Date对象进行比较，结果将如何呢？

由于还没有定义等于运算符，编译器将对这两个对象进行二进制比较，并仅当它们完全相同时才返回true。在有些情况下（包括现在的Date类），这是可行的。然而，如果类有一个非静态字符串成员，它包含字符串值（char *），如程序清单9.9所示的MyString，则比较结果可能不符合预期。在这种情况下，对成员属性进行二进制比较时，实际上将比较字符串指针，而字符串指针并不相等（即使指向的内容相同），因此总是返回false。

因此，正确的做法是定义比较运算符。等于运算符的通用实现如下：

实现不等运算符时，可重用等于运算符：

不等运算符的结果与等于运算符相反（逻辑非）。程序清单12.7列出了日历类Date定义的比较运算符。

程序清单12.7 运算符==和!=

输出：

分析：
等于运算符（==）的实现很简单，它在年、月、日都相同时返回true，如第14～19行所示。实现不等运算符时，重用了等于运算符的代码，如第23行所示。有了这两个运算符后，就可对两个Date对象（Holiday1和Holiday2）进行比较了，如main()中的第42和47行所示。

12.3.5 重载运算符 、 、 =和 =

程序清单12.7所示的代码让Date类足够聪明，能够判断两个Date对象是否相等。然而，如果要使用该类执行类似下面的条件检查，该如何办呢？

如果能够使用这个日历类来比较两个日期，确定哪个在前、哪个在后，将很有用。编写这类的程序员应实现这种比较，让这个类对用户来说尽可能友好和直观，如程序清单12.8所示。

程序清单12.8 实现运算符 、 、 =和 =

输出：

分析：
这里要讨论的运算符是在第21～52行实现的。注意到实现这些运算符时，重用了其他运算符的代码。

在main()函数的第75～84行，使用了这些运算符，以演示这些运算符使得使用Date类简单而直观。

12.3.6 重载复制赋值运算符（=）

有时候，需要将一个类实例的内容赋给另一个类实例，如下所示：

如果您没有提供复制赋值运算符，这将调用编译器自动给类添加的默认复制赋值运算符。根据类的特征，默认复制赋值运算符可能不可行，具体地说是它不复制类管理的资源。与复制构造函数一样，为确保进行深复制，您需要提供复制赋值运算符：

如果类封装了原始指针，如程序清单9.9所示的MyString类，则确保进行深复制很重要。如果没有实现赋值运算符，编译器将提供默认的复制赋值运算符，但它只复制char* Buffer包含的地址，而不复制指向的内存中的内容。这与没有提供复制构造函数时出现的情况相同。为确保赋值时进行深复制，应定义复制赋值运算符，如程序清单12.9所示。

程序清单12.9 对程序清单9.9所示的MyString类进行改进，添加了复制赋值运算符

输出：

分析：
在这个示例中，笔者故意省略了复制构造函数，旨在减少代码行（但您编写这样的类时，应添加它，详情请参阅程序清单9.9）。复制赋值运算符是在第25～39行实现的，其功能与复制构造函数很像。它首先检查源和目标是否同一个对象。如果不是，则释放成员Buffer占用的内存，再重新给它分配足以存储复制源中文本的内存，然后使用strcpy()进行复制，如第36行所示。

相比于程序清单9.9，程序清单12.9的另一个细微差别在于，使用返回const char*的转换运算符替代了函数GetString()，如第53～56行所示。该运算符让MyString类使用起来更容易，如第68行所示——使用一条cout语句显示了两个MyString实例的内容。

如果您编写的类管理着动态分配的资源（如C风格字符串char*）、动态数组等，除构造函数和析构函数外，请务必实现复制构造函数和复制赋值运算符。

如果没有考虑对象被复制时出现的资源所有权问题，您的类就是不完整的，使用时甚至会有危险。

要创建不允许复制的类，可将复制构造函数和复制赋值运算符都声明为私有的。只需这样声明（甚至都不用提供实现）就足以让编译器在遇到试图复制对象（将对象按值传递给函数或将一个对象赋给另一个对象）的代码时引发错误。

12.3.7 下标运算符

下标运算符让您能够像访问数组那样访问类，其典型语法如下：

编写封装了动态数组的类（如封装了char* Buffer的MyString）时，通过实现下标运算符，可轻松地随机访问缓冲区中的各个字符：

程序清单12.10是一个简单的示例，演示了下标运算符（[]）让用户能够使用常规数组语法来遍历MyString实例包含的字符。

程序清单12.10 在MyString类中实现下标运算符，以便随机访问MyString::Buffer包含的字符

输出：

分析：
这个程序很有趣，它接受用户输入的句子，并使用它创建一个MyString对象，如第61行所示；接下来，在一个for循环中，使用下标运算符（[]）和数组语法逐字符地打印该字符串，如第64～65行所示。下标运算符（[]）是在第31～35行实现的，它首先确保指定的位置没有超出char*Buffer末尾，然后返回指定位置处的字符。

实现运算符时，应使用关键字const，这很重要。在程序清单12.10中，将下标运算符（[]）的返回类型声明成了const char 。即便没有关键字const，该程序也能通过编译。这里使用它旨在禁止使用下面这样的代码：

通过使用const，可禁止从外部通过运算符[]直接修改成员MyString::Buffer。除将返回类型声明为const外，还将该运算符的函数类型设置成为const，这将禁止该运算符修改类的成员属性。

一般而言，应尽可能使用const，以免无意间修改数据，并最大限度地保护类的成员属性。
实现下标运算符时，可在程序清单12.10所示版本的基础上进行改进。这个版本只实现了一个下标运算符，它可用于读写动态数组的元素。

然而，也可实现两个下标运算符，其中一个为const函数，另一个为非const函数：

编译器很聪明，能够在读取MyString对象时调用const函数，而在对MyString执行写入操作时调用非const函数。因此，如果愿意，可在两个下标函数中实现不同的功能。例如，一个运算符记录对容器的写入操作，而另一个记录对容器的读取操作。还有其他双目运算符可被重定义或重载（如表12.2所示），但本章不打算介绍它们。这些运算符的实现与已讨论的运算符类似。

如果其他运算符（如逻辑运算符和按位运算符）有助于改善您编写的类，就应实现它们。显然，诸如Date等日历类没有必要实现逻辑运算符，但处理字符串和数字的类可能需要实现它们。

应根据类的目标和用途重载运算符或实现新的运算符。

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