More Effective C++：不要重载的操作符

2019-11-17 05:34:31

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供稿：网友

　　与C一样，C++使用布尔表达式简化求值法(short-circuit evaluation)。这表示一旦确定了布尔表达式的真假值，即使还有部分表达式没有被测试，布尔表达式也停止运算。例如：

char *p;
...

if ((p != 0) && (strlen(p) > 10)) ...
　　这里不用担心当p为空时strlen无法正确运行，因为假如p不等于0的测试失败，strlen不会被调用。同样：

int rangeCheck(int index)
{
　if ((index < lowerBound) (index > upperBound)) ...
　　...
}
　　假如index小于lowerBound，它不会与upperBound进行比较。
　
　　很早以前上述行为特性就被反复灌输给C和C++的程序员，所以他们都知道该特性。而且他们也依靠于简短求值法来写程序。例如在上述第一个代码中，当p为空指针时确保strlen不会被调用是很重要的，因为C++标准说(正如C标准所说)用空指针调用strlen，结果不确定。

　　C++答应根据用户定义的类型，来定制&&和操作符。方法是重载函数Operator&& 和operator，你能在全局重载或每个类里重载。然而假如你想使用这种方法，你必须知道你正在极大地改变游戏规则。因为你以函数调用法替代了简短计算法。也就是说假如你重载了操作符&&，对于你来说代码是这样的：

if (eXPRession1 && expression2) ...
　　对于编译器来说，等同于下面代码之一：

if (expression1.operator&&(expression2)) ...
// when operator&& is a
// member function
if (operator&&(expression1, expression2)) ...
// when operator&& is a
// global function
　　这似乎没有什么不同，但是函数调用法与简短求值法是绝对不同的。首先当函数被调用时，需要运算其所有参数，所以调用函数functions operator&& 和 operator时，两个参数都需要计算，换言之，没有采用简短计算法。第二是C++语言规范没有定义函数参数的计算顺序，所以没有办法知道表达式1与表达式2哪一个先计算。完全与具有从左参数到右参数计算顺序的简短计算法相反。

　　因此假如你重载&&或，就没有办法提供给程序员他们所期望和使用的行为特性，所以不要重载&&和。

　　同样的理由也适用于括号操作符，但是在我们深入研究它之前，我还是暂停一下，让你不要太惊奇，“逗号操作符？哪有逗号操作符？”确实存在。

　　逗号操作符用于组成表达式，你经常在for循环的更新部分（update part）里遇见它。例如下面来源于Kernighan's and Ritchie's 经典书籍The C Programming Language 第二版(Prentice-Hall, 1988)的函数：

// reverse string s in place

void reverse(char s[])
{
　for (int i = 0, j = strlen(s)-1;i < j;++i, --j) // 啊! 逗号操作符!
　{
　　int c = s[i];
　　s[i] = s[j];
　　s[j] = c;
　}
}
　　在for循环的最后一个部分里，i被增加同时j被减少。在这里使用逗号很方便，因为在最后一个部分里只能使用一个表达式，分开表达式来改变i和j的值是不合法的。

　　对于内建类型&&和，C++有一些规则来定义它们如何运算。与此相同，也有规则来定义逗号操作符的计算方法。一个包含逗号的表达式首先计算逗号左边的表达式，然后计算逗号右边的表达式；整个表达式的结果是逗号右边表达式的值。所以在上述循环的最后部分里，编译器首先计算++i，然后是—j，逗号表达式的结果是--j。

　　也许你想为什么你需要知道这些内容呢？因为你需要模拟这个行为特性，假如你想大胆地写自己的逗号操作符函数。不幸的是你无法模拟。

　　假如你写一个非成员函数operator，你不能保证左边的表达式先于右边的表达式计算，因为函数（operator）调用时两个表达式做为参数被传递出去。但是你不能控制函数参数的计算顺序。所以非成员函数的方法绝对不行。

　　剩下的只有写成员函数operator的可能性了。即使这里你也不能依靠于逗号左边表达式先被计算的行为特性，因为编译器不一定必须按此方法去计算。因此你不能重载逗号操作符，保证它的行为特性与其被料想的一样。重载它是完全轻率的行为。

　　你可能正在想这个重载恶梦究竟有没有完。究竟假如你能重载逗号操作符，你还有什么不能重载的呢？正如显示的，存在一些限制，你不能重载下面的操作符：

. .* :: ?:

new delete sizeof typeid

static_cast dynamic_cast const_cast reinterpret_cast
　　你能重载：

operator new operator delete

operator new[] operator delete[]

+ - * / % ^ & ~

! = < > += -= *= /= %=

^= &= = << >> >>= <<= == !=

<= >= && ++ -- , ->* ->

() []
　　当然能重载这些操作符不是去重载的理由。操作符重载的目的是使程序更轻易阅读，书写和理解，而不是用你的知识去迷惑其他人。假如你没有一个好理由重载操作符，就不要重载。在碰到&&, , 和 ,时，找到一个好理由是困难的，因为无论你怎么努力，也不能让它们的行为特性与所期望的一样。

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