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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<<"("<<x<<", "<<y<<")"<<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，書寫主函數(shù)的代碼，觀察當(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：

lhp7d3H1crAE9u2

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：

M4QzImA1uYxnBK9

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)閚是局部變量，局部變量在函數(shù)調(diào)用結(jié)束就銷毀了，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=" << 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<<"("<<p.x<<", "<<p.y<<")"; 
    return o; 
} 

稍微對(duì)上述代碼進(jìn)行一下解釋， 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 =" << m << "p1 =" << p1 << endl;  
} 

上述代碼的運(yùn)行結(jié)果如下所示：

1cGujg7yqZSIfpK

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)，都是在類外實(shí)現(xiàn)的，那么如果要在類內(nèi)實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)運(yùn)算符重載函數(shù)，應(yīng)該如何寫呢，我們先回顧一下，在類外面實(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)樵陬愅庖軌蛟L問(wèn)類里面的數(shù)據(jù)成員，因此這里使用的是友元 */ 

上述是在類外實(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)的定義就是在類里面實(shí)現(xiàn)的，函數(shù)又該如何編寫呢?首先，如果是在類里面實(shí)現(xiàn)，那么當(dāng)前使用這個(gè)類進(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，改寫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 =" << m << "p1 =" << p1 << endl; 
    cout << "*********************" << endl; 
 
    n = p2++;    /* n = p2.operator++(0); */ 
    cout << "n =" << n << "p2 =" << 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，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)是不能夠放到類內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫@個(gè)重載函數(shù)的形參不是 Point類的，所以其只能在類外才能實(shí)現(xiàn)。

上述中，敘述了在類內(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)算符在類內(nèi)實(shí)現(xiàn)的重載函數(shù)，我們以之前所說(shuō)的 Person類來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，Person類的代碼實(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 =" << name << "age =" << age << "work =" << work << endl; 
   } 
} 

基于上述的代碼，我們可以書寫如下的主函數(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：

ywhv3zYKCaRjrXx

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)書寫主函數(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：

2kiKb8NEfYynTdo

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：

/* 類內(nèi)成員函數(shù)，省略部分代碼 */ 
void PrintInfo(void) const 
{ 
    cout << "name =" << name << "age =" << age << "work =" << 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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