В этой главе описывается аппарат, предоставляемый в С++ для перегрузки операций. Программист может определять смысл операций при их применении к объектам определенного класса. Кроме арифметических, можно определять еще и логические опрации, операции сравнения, вызова () и индексирования [], а также можно переопределять присваивание и инициализацию. Моно определить явное и неявное преобразование между определямыми пользователем и основными типами. Показано, как опредлить класс, объект которого не может быть никак иначе скопирован или уничтожен кроме как специальными определенными пользователем функциями.

6.1 Введение

Часто программы работают с объектами, которые являются конкретными представлениями абстрактных понятий. Например, тип данных int в С++ вместе с операциями +, -, *, / и т.д. предоставляет реализацию (ограниченную) математического понтия целых чисел. Такие понятия обычно включают в себя мнжество операций, которые кратко, удобно и привычно предсталяют основные действия над объектами. К сожалению, язык программирования может непосредственно поддерживать лишь очень малое число таких понятий. Например, такие понятия, как комплексная арифметика, матричная алгебра, логические сигналы и строки не получили прямой поддержки в С++. Классы дают средство спецификации в С++ представления неэлементарных обектов вместе с множеством действий, которые могут над этими объектами выполняться. Иногда определение того, как действуют операции на объекты классов, позволяет программисту обеспчить более общепринятую и удобную запись для манипуляции обектами классов, чем та, которую можно достичь используя лишь основную функциональную запись. Например:

class complex (* double re, im; public: complex(double r, double i) (* re=r; im=i; *) friend complex operator+(complex, complex); friend complex operator*(complex, complex); *);

определяет простую реализацию понятия комплексного чила, в которой число представляется парой чисел с плавающей точкой двойной точности, работа с которыми осуществляется посредством операций + и * (и только). Программист задает смысл операций + и * с помощью определения функций с именами operator+ и operator*. Если, например, даны b и c типа complex, то b+c означает (по определению) operator+(b,c). Тперь есть возможность приблизить общепринятую интерпретацию комплексных выражений. Например:

void f() (* complex a = complex(1, 3.1); complex b = complex(1.2, 2); complex c = b;

a = b+c; b = b+c*a; c = a*b+complex(1,2); *)

Выполняются обычные правила приоритетов, поэтому второй оператор означает b=b+(c*a), а не b=(b+c)*a.

6.2 Функции операции

Можно описывать функции, определяющие значения следующих операций:

+ – * / % ^ amp; ! ~ ! = « » += -= *= /= %= ^= amp;= != «„ “» »»= «„= == != «= “= amp; amp; !! ++ – [] () new delete

Последние четыре – это индексирование (#6.7), вызов функции (#6.8), выделение свободной памяти и освобождение свободной памяти (#3.2.6). Изменить приоритеты перечисленных операций невозможно, как невозможно изменить и синтаксис вражений. Нельзя, например, определить унарную операцию % или бинарную !. Невозможно определить новые лексические символы операций, но в тех случаях, когда множество операций недостточно, вы можете использовать запись вызова функции. Исползуйте например, не **, а pow(). Эти ограничения могут покзаться драконовскими, но более гибкие правила могут очень легко привести к неоднозначностям. Например, на первый взгляд определение операции **, означающей возведение в степень, мжет показаться очевидной и простой задачей, но подумайте еще раз. Должна ли ** связываться влево (как в Фортране) или вправо (как в Алголе)? Выражение a**p должно интерпретирваться как a*(*p) или как (a)**(p)?

Имя функции операции есть ключевое слово operator (то есть, операция), за которым следует сама операция, например, operator««. Функция операция описывается и может вызываться так же, как любая другая функция. Использование операции – это лишь сокращенная запись явного вызова функции операции. Например:

void f(complex a, complex b) (* complex c = a + b; // сокращенная запись complex d = operator+(a,b); // явный вызов *)

При наличии предыдущего описания complex оба инициализтора являются синонимами.

6.2.1 Бинарные и унарные операции

Бинарная операция может быть определена или как функция член, получающая один параметр, или как функция друг, получющая два параметра. Таким образом, для любой бинарной оперции @ aa@bb может интерпретироваться или как aa.operator@(bb), или как operator@(aa,bb). Если определены обе, то aa@bb является ошибкой. Унарная операция, префиксная или постфиксная, может быть определена или как функция член, не получающая параметров, или как функция друг, получающая один параметр. Таким образом, для любой унарной операции @ aa @ или @aa может интерпретироваться или как aa.operator@(), или как operator@(aa). Если определено и то, и другое, то и aa@, и @aa являются ошибками. Рассмотрим следующие примеры:

class X (* // друзья

friend X operator-(X); // унарный минус friend X operator-(X,X); // бинарный минус friend X operator-(); // ошибка: нет операндов

friend X operator-(X,X,X); // ошибка: тернарная

// члены (с неявным первым параметром: this)

X* operator amp;(); // унарное amp; (взятие адреса) X operator amp;(X); // бинарное amp; (операция И) X operator amp;(X,X); // ошибка: тернарное

*);

Когда операции ++ и – перегружены, префиксное использвание и постфиксное различить невозможно.

6.2.2 Предопределенный смысл операций

Относительно смысла операций, определяемых пользоватлем, не делается никаких предположений. В частности, посколку не предполагается, что перегруженное = реализует присваивание ее первому операнду, не делается никакой провеки, чтобы удостовериться, является ли этот операнд lvalue (#с.6).

Значения некоторых встроенных операций определены как равносильные определенным комбинациям других операций над тми же аргументами. Например, если a является int, то ++a оначает a+=1, что в свою очередь означает a=a+1. Такие соотншения для определяемых пользователем операций не выполняются, если только не случилось так, что пользователь сам определил их таким образом. Например, определение operator+= () для тпа complex не может быть выведено из определений complex::operator+() и complex::operator=().

По историческому совпадению операции = и amp; имеют опредленный смысл для объектов классов. Никакого элегантного спсоба «не определить» эти две операции не существует. Их моно, однако, сделать недееспособными для класса X. Можно, например, описать X::operator amp;(), не задав ее определения. Если где-либо будет браться адрес объекта класса X, то компновщик обнаружит отсутствие определения*. Или, другой способ, можно определить X::operator amp;() так, чтобы она вызывала ошику во время выполнения.

____________________ * В некоторых системах компоновщик настолько «умен», что ругается, даже если неопределена неиспользуемая функция. В таких системах этим методом воспользоваться нельзя. (прим атора)