C++ 中重載 + 操作符的正確方法
作者：Danny Kalev
編譯：MTT 工作室
原文出處：Overloading Operator + the Right Way
| 摘要：本文概要性地介紹如何選擇正確的策略來(lái)為用戶(hù)定義類(lèi)型重載 + 操作符。 |
int x=4+2;
內建的 + 操作符有兩個(gè)類(lèi)型相同的操作數，相加并返回右值 6，然后被賦值給 x。我們可以斷定內建的 + 是一個(gè)二元的，對稱(chēng)的，可交換的操作符。它產(chǎn)生的結果的類(lèi)型與其操作數類(lèi)型相同。按照這個(gè)規測，當你為某個(gè)用戶(hù)定義類(lèi)型重載操作符時(shí)，也應該遵循相應內建操作符的特征。
為用戶(hù)定義類(lèi)型重載 + 操作符是很常見(jiàn)的編程任務(wù)。盡管 C++ 提供了幾種實(shí)現方法，但是它們容易使人產(chǎn)生設計上的誤解，這種誤解常常影響代碼的正確性，性能以及與標準庫組件之間的兼容性。
下面我們就來(lái)分析內建操作符的特征并嘗試模仿其相應的重載機制。
第一步：在成員函數和非成員函數之間選擇
你可以用類(lèi)成員函數的方式實(shí)現二元操作符如：+、- 以及 ==，例如：
class String{public: bool operator==(const String & s); // 比較 *this 和 s}; 這個(gè)方法是有問(wèn)題的。相對于其內建的操作符來(lái)說(shuō)，重載的操作符在這里不具有對稱(chēng)性；它的兩個(gè)參數一個(gè)類(lèi)型為：const String * const（這個(gè)參數是隱含的），另一個(gè)類(lèi)型為：const String &。因此，一些 STL 算法和容器將無(wú)法正確處理這樣的對象。
另外一個(gè)可選方法是把重載操作符 + 定義為一個(gè)外部（extern）函數，該函數帶兩個(gè)類(lèi)型相同的參數：
String operator + (const String & s1, const String s2);
這樣一來(lái)，類(lèi) String 必須將該重載操作符聲明為友元：
class String{public: friend String operator+(const String& s1,const String&s2);};第二步：返回值的兩難選擇
如前所述，內建操作符 + 返回右值，其類(lèi)型與操作數相同。但是在調用者堆棧里返回一個(gè)對象效率很低，處理大型對象時(shí)尤其如此。那么能不能返回一個(gè)指針或引用呢？答案是不行。因為返回指針破壞參數類(lèi)型與返回值類(lèi)型應該相同的規則。更糟的是，鏈接多個(gè)表達式將成為不可能：
String s1,s2,s3;String res;res=s1+s2+s3; // 不可能用 String* 作為返回值
雖然有一個(gè)辦法可以定義額外的 + 操作符重載版本，但這個(gè)辦法是我們不希望用的，因為返回的指針必須指向動(dòng)態(tài)分配的對象。這樣的話(huà)，如果調用者釋放（delete）返回的指針失敗，那么將導致內存泄漏。顯然，返回 String* 不是一個(gè)好主意。
那么返回 String& 好不好呢？返回的引用必須一定要是一個(gè)有效的 String。它避免了使用動(dòng)態(tài)對象分配，該方法返回的是一個(gè)本地靜態(tài)對象的引用。靜態(tài)對象確實(shí)解決了內存泄漏問(wèn)題，但這個(gè)方法的可行性仍然值得懷疑。在一個(gè)多線(xiàn)程應用中，兩個(gè)線(xiàn)程可能會(huì )并發(fā)調用 + 操作符，因此造成 String 對象的混亂。而且，因為靜態(tài)對象總是保留其調用前的狀態(tài)，所以有必要針對每次 + 操作符的調用都清除該靜態(tài) String 對象。由此看來(lái)，在堆棧上返回結果仍然是最安全和最簡(jiǎn)單的解決方案。
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