適合具備C語(yǔ)言基礎(chǔ)的C++教程（四）

前言

在上一則教程中，我們講述了重載運(yùn)算符中前?++和后++的重載函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，闡述了在?C++中可以將運(yùn)算符進(jìn)行重載的方法，這種方法大大地便利了程序員編寫(xiě)代碼，在接下來(lái)地?cái)⑹鲋?，我們將著重講述運(yùn)算符重載時(shí)地一些更為細(xì)致地內(nèi)容，其中就包括當(dāng)重載地運(yùn)算符返回值為引用和非引用兩種狀態(tài)時(shí)，代碼執(zhí)行效率地高低以及采用在類(lèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符重載函數(shù)的方法。

返回值為引用和非引用的區(qū)別

在上述所示的類(lèi)當(dāng)中，增加一部分代碼，加入析構(gòu)函數(shù)以及拷貝構(gòu)造函數(shù)，代碼如下所示：

class?Point
{
private:
????int?x;
????int?y;

public:
????Point()?
????{
????????cout<<"Point()"<<endl;
????}
????Point(int?x,?int?y)?:?x(x),?y(y)?
????{
????????cout<<"Point(int?x,?int?y)"<<endl;
????}

????Point(const?Point&?p)
????{
????????cout<<"Point(const?Point&?p)"<<endl;
????????x?=?p.x;
????????y?=?p.y;
????}
????~Point()?
????{
????????cout<<"~Point()"<<endl;
????}

????friend?Point?operator++(Point?&p);
????friend?Point?operator++(Point?&p,?int?a);

????void?printInfo()
????{
????????cout<<"("<",?"<")"<<endl;
????}
};

在上述的代碼中，我們?cè)跇?gòu)造函數(shù)以及拷貝構(gòu)造函數(shù)析構(gòu)函數(shù)都加入了打印信息，其中，運(yùn)算符重載函數(shù)前++和后++函數(shù)沿用之前的一樣，返回值不是引用，與此同時(shí)，我們?cè)谇?++和后?++函數(shù)中也加入打印信息的代碼，代碼如下所示：

/*?++p?*/
Point?operator++(Point?&p)
{
????cout?<"++p"?<endl;
????p.x?+=?1;
????p.y?+=?1;
????return?p;
}

/*?p++?*/
Point?operator++(Point?&p,?int?a)
{
????cout?<"p++"?<endl;
????Point?n;
????n?=?p;
????p.x?+=?1;
????p.y?+=?1;
????return?n;
}

上述便是前?++和 后?++的重載函數(shù)，緊接著，書(shū)寫(xiě)主函數(shù)的代碼，觀(guān)察當(dāng)返回值為非引用的時(shí)候，代碼的運(yùn)行效果，主函數(shù)代碼如下所示：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Point?p1(1,?2);

????cout<<"begin"<<endl;
????++p1;
????cout?<"******************"<<endl;

????p1++;
????cout<<"end"<<endl;

????return?0;
}

上述代碼的運(yùn)行結(jié)果如下所示：

依據(jù)運(yùn)行結(jié)果我們分析一下，第一條輸出信息?Point(int x, int y)是因?yàn)閳?zhí)行了?Point p1(1,2);語(yǔ)句而調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)，++p這條輸出信息同樣也是因?yàn)閳?zhí)行了?++p;而調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)，那緊接著的兩條輸出信息是如何產(chǎn)生的呢，我們回過(guò)頭去看看++p的函數(shù)，可以看到?++p的函數(shù)是一個(gè)返回值為?Point類(lèi)型的函數(shù)，而上述中的輸出語(yǔ)句?Point(const Point& p)和?~Point()就是在創(chuàng)建這個(gè)返回值對(duì)象時(shí)調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)以及當(dāng)返回值返回后調(diào)用的析構(gòu)函數(shù)；而緊接著的輸出信息是?p++和?Point()以及~Point(),p++這個(gè)輸出信息自然是因?yàn)檎{(diào)用的后?++重載運(yùn)算符函數(shù)的構(gòu)造函數(shù)而輸出的打印信息，那緊接著的?Point()和?~Point()是因?yàn)樵诤?++重載運(yùn)算符函數(shù)中，創(chuàng)建的局部變量?Point n，進(jìn)而調(diào)用了?Point()函數(shù)，以及函數(shù)退出之后，局部變量銷(xiāo)毀，調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)。

上述詳細(xì)地分析了各個(gè)打印信息輸出的原因，通過(guò)上述的打印信息我們可以清楚知道程序在什么地方調(diào)用了構(gòu)造函數(shù)，在什么地方調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)，再次回顧上述的函數(shù)調(diào)用過(guò)程，可以看出來(lái)其實(shí)調(diào)用的Point(const Point& p)和~Point()是多余的，那要如何改進(jìn)代碼呢，我們只需要將前?++運(yùn)算符重載函數(shù)的返回值類(lèi)型改為引用就行，這樣就不會(huì)創(chuàng)建臨時(shí)的變量，同時(shí)也就不會(huì)在調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，改動(dòng)之后的代碼如下所示：

Point&?operator++(Point?&p)
{
????cout<<"++p"<<endl;
????p.x?+=?1;
????p.y?+=?1;
????return?p;
}

那么上述代碼的運(yùn)行結(jié)果是什么呢？在主函數(shù)不變的情況下，輸出結(jié)果如下所示：

可以看到上述結(jié)果中，之前在?++p后輸出的兩條信息現(xiàn)在因?yàn)閷⒎祷刂翟O(shè)置為引用之后就消失了，說(shuō)明這樣的方法避免了調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，節(jié)省了程序運(yùn)行的空間，那如果將后++重載函數(shù)設(shè)置為引用可不可行呢，很顯然，如果返回的是?n的引用，那么這在語(yǔ)法中就是錯(cuò)誤的，因?yàn)?code style="box-sizing: border-box;margin-right: 2px;margin-left: 2px;padding: 2px 4px;font-size: inherit;color: rgb(233, 105, 0);line-height: inherit;overflow-wrap: break-word;border-radius: 4px;background: rgb(248, 248, 248);">n是局部變量，局部變量在函數(shù)調(diào)用結(jié)束就銷(xiāo)毀了，是不能作為引用對(duì)象的。如果返回的是?p呢，那么函數(shù)的運(yùn)行結(jié)果將發(fā)生改變，換句話(huà)說(shuō)就是不是實(shí)現(xiàn)的后?++這個(gè)功能了。

最后，總結(jié)一下，對(duì)于一個(gè)函數(shù)來(lái)說(shuō)，函數(shù)的返回結(jié)果如果作為值返回，那么代碼的執(zhí)行效率較低；如果作為引用返回，那么代碼的執(zhí)行效率較高，但是會(huì)存在一個(gè)問(wèn)題，引用返回可能會(huì)導(dǎo)致函數(shù)運(yùn)行出錯(cuò)，所以，在保證函數(shù)運(yùn)行沒(méi)有錯(cuò)誤的前提下，為了提高效率應(yīng)該使用的是引用返回。

緊接著，我們知道我們?cè)谑褂?C++進(jìn)行編碼的時(shí)候，基本不會(huì)再采用?C語(yǔ)言中的語(yǔ)法?printf這個(gè)語(yǔ)句，隨之替代的是?cout這個(gè)語(yǔ)句，我們也知道我們使用?cout進(jìn)行輸出的時(shí)候，往往采用的是下面這樣的輸出方式：

cout?<"m="?<endl;?/*?此時(shí)?m?不是一個(gè)實(shí)例化對(duì)象?*/

但是如果說(shuō)此時(shí) m 是一個(gè)實(shí)例化的對(duì)象，那么像上述這樣輸出就是存在問(wèn)題的，這個(gè)時(shí)候，就需要對(duì)?<<運(yùn)算符進(jìn)行重載，重載的代碼如下所示：

ostream&?operator<<(ostream?&o,?Point?p)
{
????cout<<"("<",?"<")";
????return?o;
}

稍微對(duì)上述代碼進(jìn)行一下解釋?zhuān)?這里為什么返回值是ostream&呢，是因?yàn)閷?duì)于?cout來(lái)說(shuō)，它是ostream類(lèi)的實(shí)例化對(duì)象，在使用?cout進(jìn)行輸出的時(shí)候，它所遵循的一個(gè)輸出格式是?cout <<，因此，這里的返回值是?ostream。為什么返回值是引用呢，是為了滿(mǎn)足下面所示代碼的運(yùn)行，同時(shí)輸出了?m和?p1，結(jié)合上述代碼，我們來(lái)編寫(xiě)主函數(shù)，主函數(shù)代碼如下所示：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Point?p1(1,2);
????Point?m;
????m?=?p1++;
????cout?<"m?="?<"p1?="?<endl;?
}

上述代碼的運(yùn)行結(jié)果如下所示：

可以看到在重載了運(yùn)算符?<<之后，輸出實(shí)例化的對(duì)象也是可行的。

類(lèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符重載函數(shù)

在上述代碼中我們實(shí)現(xiàn)的?+運(yùn)算符重載函數(shù)以及前?++運(yùn)算符重載函數(shù)和后++運(yùn)算符重載函數(shù)，都是在類(lèi)外實(shí)現(xiàn)的，那么如果要在類(lèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)運(yùn)算符重載函數(shù)，應(yīng)該如何寫(xiě)呢，我們先回顧一下，在類(lèi)外面實(shí)現(xiàn)的+運(yùn)算符重載函數(shù)的函數(shù)聲明如下所示：

friend?Point?operator+(Point?&p1,?Point?&p2);?/*?因?yàn)樵陬?lèi)外要能夠訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)里面的數(shù)據(jù)成員，因此這里使用的是友元?*/

上述是在類(lèi)外實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符重載函數(shù)時(shí)的函數(shù)原型，那么如果函數(shù)的定義就是在類(lèi)里面實(shí)現(xiàn)的，函數(shù)又該如何編寫(xiě)呢？首先，如果是在類(lèi)里面實(shí)現(xiàn)，那么當(dāng)前使用這個(gè)類(lèi)進(jìn)行實(shí)例化的對(duì)象本身就可以使用?*this來(lái)表征一個(gè)對(duì)象，這個(gè)時(shí)候，如果要重載?+運(yùn)算符函數(shù)，那么就只需要一個(gè)Point類(lèi)的形參就行，代碼如下所示：

class?Point
{
private:
????int?x;
????int?y;
public:
????/*?省略相關(guān)構(gòu)造函數(shù)的代碼，可以結(jié)合前文補(bǔ)全?*/
????Point?operator+(Point?&p)
????{
????????cout<<"operator+"<<endl;
????????Point?n;
????????n.x?=?this->x?+?p.x;
????????n.y?=?this->y?+?p.y;
????????return?n;
????}
}

對(duì)比上述在類(lèi)外面實(shí)現(xiàn)的代碼，對(duì)于重載的運(yùn)算符?+來(lái)說(shuō)，只有一個(gè)形參了，而與其相加的另一個(gè)對(duì)象使用的是this來(lái)替代。依據(jù)這樣的一種思路，我們繼續(xù)將前?++和后?++重載的運(yùn)算符函數(shù)進(jìn)行改寫(xiě)，改寫(xiě)之后的代碼如下所示：

class?Point
{
private:
????int?x;
????int?y;
public:
????/*?Point?p(1,2);?++p?*/
????Point&?operator++(void)
????{
????????cout<<"operator++(void)"<<endl;
????????this->x?+=?1;
????????this->y?+=?1;
????????return?*this;
????}

????/*?Point?p(1,2);?p++;?*/
????Point?operator++(int?a)
????{
????????cout<<"operator++(int?a)"<<endl;
????????Point?n;
????????n?=?*this;
????????this->x?+=?1;
????????this->y?+=?1;
????????return?n;???
????}
};

結(jié)合上述的代碼，我們?cè)賮?lái)編寫(xiě)主函數(shù)，主函數(shù)的代碼如下所示：

int?main(int?argc,?char?**?argv)
{
????Point?p1(1,2);
????Point?p2(2,3);

????Point?m;
????Point?n;

????cout?<"begin"?<endl;
????m?=?++p1;????/*?m?=?p1.operator++();?*/
????cout?<"m?="?<"p1?="?<endl;
????cout?<"*********************"?<endl;

????n?=?p2++;????/*?n?=?p2.operator++(0);?*/
????cout?<"n?="?<"p2?="?<endl;

????return?0;
}

上述代碼中，注釋掉的代碼和沒(méi)注釋的代碼前后是等價(jià)的，只是說(shuō)注釋掉的代碼看起來(lái)更加直觀(guān)，更加容易理解其背后的原理，而注釋前的代碼則更加簡(jiǎn)潔。這里額外說(shuō)一點(diǎn)，<<的重載函數(shù)是不能夠放到類(lèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫@個(gè)重載函數(shù)的形參不是?Point類(lèi)的，所以其只能在類(lèi)外才能實(shí)現(xiàn)。

上述中，敘述了在類(lèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的重載運(yùn)算符函數(shù)，接下來(lái)敘述一下?=運(yùn)算符在類(lèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的重載函數(shù)，我們以之前所說(shuō)的?Person類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，Person類(lèi)的代碼實(shí)現(xiàn)如下所示：

class?Person
{
private:
????char?*name;
????int?age;
????char?*work;

public:
????Person()
????{
????????name?=?NULL;
????????work?=?NULL;
????}

???Person(char?*name,?int?age,?char?*work)
???{
???????this->age?=?age;

???????this->name?=?new?char[strlen(name)?+?1];
???????strcpy(this->name,name);

???????this->work?=?new?char[strlen(work)?+?1];
???????strcpy(this->work,?work);
???}

???/*?拷貝構(gòu)造函數(shù)?*/?
???Person(Person?&p)
???{
???????this->age?=?p.age;

???????this->name?=?new?char[strlen(p.name)?+?1];
???????strcpy(this->name,p.name);

???????this->work?=?new?char[strlen(p.work)?+?1];
???????strcpy(this->work,?p.work);
???}

???~Person()
???{
???????if?(this->name)
???????????delete?this->name;
???????if?(this->work)
???????????delete?this->work;
???}

???void?PrintInfo(void)?
???{
???????cout?<"name?="?<"age?="?<"work?="?<endl;
???}
}

基于上述的代碼，我們可以書(shū)寫(xiě)如下的主函數(shù)代碼：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Person?p1("zhangsan",?18,?"doctor");
????Person?p2;
????p2?=?p1;
}

上述中，我們還沒(méi)有將?=運(yùn)算符進(jìn)行重載，就使用了?=實(shí)現(xiàn)了實(shí)例化對(duì)象的運(yùn)算，這樣會(huì)存在一個(gè)什么問(wèn)題呢，我們從源頭來(lái)進(jìn)行分析，=運(yùn)算符執(zhí)行的是值拷貝，那么在執(zhí)行了上述語(yǔ)句之后，p2和p1之間的關(guān)系是這樣的：

通過(guò)上述所示的圖片可以看出，如果不將?=進(jìn)行重載，那么會(huì)讓?p1和?p2的name?和?work指向同一塊內(nèi)存，這會(huì)造成什么問(wèn)題呢，如果此時(shí)已經(jīng)將?p1的內(nèi)存釋放掉了，而這個(gè)時(shí)候又要釋放?p2的內(nèi)存，這種情形就會(huì)出錯(cuò)，同一塊內(nèi)存不能夠釋放兩次。

因此，就需要對(duì)?=運(yùn)算符進(jìn)行重載，重載的代碼如下所示：

???/*?注意此處的代碼是在類(lèi)里面實(shí)現(xiàn)的成員函數(shù)，這里省略的一部分代碼?*/
???Person&?operator=(Person?&p)
???{
???????if?(this?==?&p)
???????????return?*this;
???????this->age?=?p.age;

???????if?(this->name)
???????????delete?this->name;
???????if?(this->work)
???????????delete?this->work;

???????this->name?=?new?char[strlen(p.name)?+?1];
???????strcpy(this->name,?p.name);

???????this->work?=?new?char[strlen(p.work)?+?1];
???????strcpy(this->work,?p.work);
???}

這樣子就會(huì)避免上述情況的出現(xiàn)，我們現(xiàn)在繼續(xù)來(lái)書(shū)寫(xiě)主函數(shù)：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Person?p1("zhangsan",?18,?"doctor");

????cout<<"Person?p2?=?p1"?<<endl;
????Person?p2?=?p1;

????Person?p3;

????cout<<"p3=p1"<<endl;
????p3?=?p1;
????cout<<"end"<<endl;
????p1.PrintInfo();
????p2.PrintInfo();
????p3.PrintInfo();

????return?0;
}

上述主函數(shù)運(yùn)行的結(jié)果如下所示：

通過(guò)上述代碼我們看到，實(shí)際上代碼?Person p2 = p1的運(yùn)行并不是調(diào)用的?=?的重載函數(shù)，而是調(diào)用的拷貝構(gòu)造函數(shù)，只有?p3= p1才是調(diào)用的?=的重載函數(shù)。

在本章節(jié)的最后，額外補(bǔ)充一點(diǎn)，剛剛提到了拷貝構(gòu)造函數(shù)，實(shí)際上拷貝構(gòu)造函數(shù)的形參大多數(shù)都是加了const修飾符的，也就是像如下所示的這樣子：

Person&?operator=(const?Person?&p)

而這個(gè)時(shí)候，如果我們定義的?Person p1也是?const的，也就是像這樣：

const?Person?p1("zhangsan",?18,?"doctor");

那這個(gè)時(shí)候在使用?p1.PrintInfo()的時(shí)候就會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)榇藭r(shí)必須把該成員函數(shù)也表明為?const的才行，代碼如下所示：

???/*?類(lèi)內(nèi)成員函數(shù)，省略部分代碼?*/
???void?PrintInfo(void)?const
???{
???????cout?<"name?="?<"age?="?<"work?="?<endl;
???}

總結(jié)一下也就是說(shuō)：const對(duì)象只能夠調(diào)用const成員函數(shù)，而const表示的是此函數(shù)沒(méi)有對(duì)當(dāng)前對(duì)象進(jìn)行修改

小結(jié)

上述就是本期教程分享的內(nèi)容，到本期教程截至，C++相對(duì)于?C語(yǔ)言不同的一些語(yǔ)法特性就到此結(jié)束了。下期教程將介紹?C++如何實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮姆椒ā１酒诮坛趟婕暗降拇a可以通過(guò)百度云鏈接的方式獲取到。

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