More Effective C++：不要重載的操作符

2019-11-17 05:34:31

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供稿：網友

　　與C一樣，C++使用布爾表達式簡化求值法(short-circuit evaluation)。這表示一旦確定了布爾表達式的真假值，即使還有部分表達式沒有被測試，布爾表達式也停止運算。例如：

char *p;
...

if ((p != 0) && (strlen(p) > 10)) ...
　　這里不用擔心當p為空時strlen無法正確運行，因為假如p不等于0的測試失敗，strlen不會被調用。同樣：

int rangeCheck(int index)
{
　if ((index < lowerBound) (index > upperBound)) ...
　　...
}
　　假如index小于lowerBound，它不會與upperBound進行比較。
　
　　很早以前上述行為特性就被反復灌輸給C和C++的程序員，所以他們都知道該特性。而且他們也依靠于簡短求值法來寫程序。例如在上述第一個代碼中，當p為空指針時確保strlen不會被調用是很重要的，因為C++標準說(正如C標準所說)用空指針調用strlen，結果不確定。

　　C++答應根據用戶定義的類型，來定制&&和操作符。方法是重載函數Operator&& 和operator，你能在全局重載或每個類里重載。然而假如你想使用這種方法，你必須知道你正在極大地改變游戲規則。因為你以函數調用法替代了簡短計算法。也就是說假如你重載了操作符&&，對于你來說代碼是這樣的：

if (eXPRession1 && expression2) ...
　　對于編譯器來說，等同于下面代碼之一：

if (expression1.operator&&(expression2)) ...
// when operator&& is a
// member function
if (operator&&(expression1, expression2)) ...
// when operator&& is a
// global function
　　這似乎沒有什么不同，但是函數調用法與簡短求值法是絕對不同的。首先當函數被調用時，需要運算其所有參數，所以調用函數functions operator&& 和 operator時，兩個參數都需要計算，換言之，沒有采用簡短計算法。第二是C++語言規范沒有定義函數參數的計算順序，所以沒有辦法知道表達式1與表達式2哪一個先計算。完全與具有從左參數到右參數計算順序的簡短計算法相反。

　　因此假如你重載&&或，就沒有辦法提供給程序員他們所期望和使用的行為特性，所以不要重載&&和。

　　同樣的理由也適用于括號操作符，但是在我們深入研究它之前，我還是暫停一下，讓你不要太驚奇，“逗號操作符？哪有逗號操作符？”確實存在。

　　逗號操作符用于組成表達式，你經常在for循環的更新部分（update part）里遇見它。例如下面來源于Kernighan's and Ritchie's 經典書籍The C Programming Language 第二版(Prentice-Hall, 1988)的函數：

// reverse string s in place

void reverse(char s[])
{
　for (int i = 0, j = strlen(s)-1;i < j;++i, --j) // 啊! 逗號操作符!
　{
　　int c = s[i];
　　s[i] = s[j];
　　s[j] = c;
　}
}
　　在for循環的最后一個部分里，i被增加同時j被減少。在這里使用逗號很方便，因為在最后一個部分里只能使用一個表達式，分開表達式來改變i和j的值是不合法的。

　　對于內建類型&&和，C++有一些規則來定義它們如何運算。與此相同，也有規則來定義逗號操作符的計算方法。一個包含逗號的表達式首先計算逗號左邊的表達式，然后計算逗號右邊的表達式；整個表達式的結果是逗號右邊表達式的值。所以在上述循環的最后部分里，編譯器首先計算++i，然后是—j，逗號表達式的結果是--j。

　　也許你想為什么你需要知道這些內容呢？因為你需要模擬這個行為特性，假如你想大膽地寫自己的逗號操作符函數。不幸的是你無法模擬。

　　假如你寫一個非成員函數operator，你不能保證左邊的表達式先于右邊的表達式計算，因為函數（operator）調用時兩個表達式做為參數被傳遞出去。但是你不能控制函數參數的計算順序。所以非成員函數的方法絕對不行。

　　剩下的只有寫成員函數operator的可能性了。即使這里你也不能依靠于逗號左邊表達式先被計算的行為特性，因為編譯器不一定必須按此方法去計算。因此你不能重載逗號操作符，保證它的行為特性與其被料想的一樣。重載它是完全輕率的行為。

　　你可能正在想這個重載惡夢究竟有沒有完。究竟假如你能重載逗號操作符，你還有什么不能重載的呢？正如顯示的，存在一些限制，你不能重載下面的操作符：

. .* :: ?:

new delete sizeof typeid

static_cast dynamic_cast const_cast reinterpret_cast
　　你能重載：

operator new operator delete

operator new[] operator delete[]

+ - * / % ^ & ~

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

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

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

() []
　　當然能重載這些操作符不是去重載的理由。操作符重載的目的是使程序更輕易閱讀，書寫和理解，而不是用你的知識去迷惑其他人。假如你沒有一個好理由重載操作符，就不要重載。在碰到&&, , 和 ,時，找到一個好理由是困難的，因為無論你怎么努力，也不能讓它們的行為特性與所期望的一樣。

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