C++运算符重载的一些困惑

一.背景

在复习《C++基础与提高》时，自己实现运算符重载(i++)时，几次都报错。其实还是自己对运算符重载这一部分内容理解得不够透彻，于是再次看了下书上的内容，理解算是加深了一些，于是提笔记录一下。

环境：win10，QT4.8

二.概述

这部分内容主要关于在重载函数中，函数前要不要加const，何时加const，返回类型要不要加&(引用)修饰，何时加&(引用)的问题，还有临时对象的问题。关于为什么要重载，重载的规则，友元重载、成员重载的区别之类的知识点，这里就不赘述了。

三.内容

以类Complex为例

 1 class Complex
 2 {
 3 public:
 4     Complex(double x = 0, double y = 0)
 5         :m_x(x), m_y(y){}
 6
 7     void dis()
 8     {
 9         cout<<"("<<m_x<<", "<<m_y<<")"<<endl;
10     }
11 protected:
12     double m_x;
13     double m_y;
14 };

1.以实现单目运算符prefix++和surfix++为例。

先提这个例子，一是因为我在复习这块时遇到了一点问题，二是这个有点特别，涉及到哑元的问题。

prefixe++

1).考虑基本数据类型，以int类型为例，如下的操作都是可以的；

1 int a = 1;
2 ++a;
3 ++++a;

2).先实现基本的语义，代码如下：

1 Complex Complex::operator++(void)
2 {
3     m_x++;
4     m_y++;
5     return *this;
6 }            

3)考虑添加
重载函数返回的是对象自身，并且需要修改对象，我们即可以想到返回的是引用类型。注意，此时引用指向的对象在重载函数调用时就已经存在了。

4)先运行一下，看下是否能编译通过
++c1;
++++c1;
此时重载函数实现的效果，与基本类型效果一致，符合预期，此时就不考虑重载函数前面是否加const修饰了。

 1 #include <iostream>
 2
 3 using namespace std;
 4
 5 class Complex
 6 {
 7 public:
 8     Complex(double x = 0, double y =0)
 9         :m_x(x), m_y(y){}
10
11     void dis()
12     {
13         cout<<"("<<m_x<<", "<<m_y<<")"<<endl;
14     }
15
16     Complex & operator++(void);
17 protected:
18     double m_x;
19     double m_y;
20 };
21
22 Complex & Complex::operator++(void)
23 {
24     m_x++;
25     m_y++;
26     return *this;
27 }
28
29 int main()
30 {
31     double a = 1.0;
32     cout<<++a<<endl;
33     ++++a;
34     cout<<a<<endl;
35
36     Complex c1(1.0, 2.0);
37
38     Complex cc = ++c1;
39     cc.dis();
40     cc = ++++c1;  // cc = (c1.operator++()).operator++();
41     cc.dis();
42
43
44     return 0;
45 }

结果如下

surfix++

为了区分prefix++和surfix++两个成员函数，须使用哑元进行区分(引入 哑元，增加了入参的方式，在调用时不需要添加任何的参数)，其实类似一个占位符。

1).考虑基本数据类型，以int类型为例，可以进行的操作和不可以进行的操作

1 int b = 1;
2 b++;  // 支持
3 b++++;  // 不支持

2).先实现基本的语义，代码如下

1     Complex operator++(int)
2     {
3         Complex temp = *this;
4         m_x++;
5         m_y++;
6         return temp;
7     }

3)考虑添加

可以观察到，重载函数返回的是一个临时对象。若是串联调用，这个临时对象它又会调用一次此重载函数

c1.operator++(0).operator++(0);

调用完，然后就消失了。

此时切不可在返回类型中添加&。原因如下：
【不要返回局部对象的引用或指针】
函数完成后，它所占用的存储空间也随之被释放掉。因此，函数终止意味着局部变量的引用将指向不再有效的内存区域。同样地，函数终止，局部对象被释放，指针将指向一个不存在的对象。

4)先运行一下，看下是否能编译通过

我们会发现，第34行无法通过编译，但是第42行可以通过编译。

5)重载的运算符是否会导致表达式可以被赋值，应该以基础类型为准，如int a, b, c; (a=b)=c;是可以的，而(a+b)=c;是不允许的。返回类型通过加const加以限定来实现。

为了使自定义类型与基本数据类型一致，我们在返回类型前面加上const。重载函数中代码修改为如下

1 const Complex operator++(int);

修改之后，我们可以看到，第34行和42行均无法通过编译，符合预期。

2.双目运算符+

1)考虑基本类型，以下操作都是支持的

1 int a1 = 1, a2 = 2, a3 = 3;
2 int m;
3 m = a1+a2;
4 m = a1+(a2+a3);
5 m = (a1+a2)+a3;

2)先重载=，成员函数如下

1 Complex & Complex::operator=(const Complex &another)
2 {
3     this->m_x = another.m_x;
4     this->m_y = another.m_y;
5     return *this;
6 }

3)再重载运算符+，如下：

因为并未修改传入的参数，所以参数前加了const

1 Complex Complex::operator+(const Complex &another)
2 {
3     return Complex(this->m_x + another.m_x, this->m_y + another.m_y);
4 }

4)返回类型是否需要加const呢?

我们再对比下表达式的赋值情况，第49行，对于基本类型，临时对象被赋值的情况编译无法通过，但是第58行，自定义类型却编译通过了。此时，为了使其编译不过，可通过在返回值类型前加const加以限定。

将代码

1 Complex Complex::operator+(const Complex &another);

修改为如下：

1 const Complex Complex::operator+(const Complex &another);

5)此时，发现第49和58行均无法通过编译，同时第55行和第57行也编译不过了。

这个是为啥呢？

再仔细看刚修改的代码和第57行代码。重载函数返回类型加了const后，返回的就是const对象了。第57行代码，c1 + c2 + c3; c1 + c2返回的是const对象，而重载函数是一个非const函数。此时，即会报错。

在const修饰类一节中，有学习过：如果const构成函数重载，const对象只能调用const函数，非const对象优先调用非const函数。

调整，在重载函数后面添加const，如下：

1 const Complex Complex::operator+(const Complex &another) const;

四.结尾

学无止境，继续前行，

参考材料

《C++基础与提高》  王桂林

《C++ Primer》第5版 SB、JL、BE