操作符重载（三）

• 2019 年 10 月 3 日
• 筆記

1. 结论

前面两次笔记都是C++中可以重载且无副作用的操作符，本次笔记比较特殊，主要列出两个C++语法允许重载、但在工程中不应该（不允许）重载的操作符：

• 逻辑操作符 && 和 ||
• 逗号操作符,构成的逗号表达式

这两个操作符在工程中不允许重载的原因是：重载后无法完全实现操作符的原生语义。

2. 逻辑操作符重载

先来回忆一下逻辑操作符的原生语义

• 操作数只有true和false两种值
• 逻辑表达式不需要完全计算就能确定最终结果（短路法则）
• 最终结果也只能是true或者false

C++语法是允许重载逻辑操作符的，看下面的示例代码

#include <iostream>  #include <string>    using namespace std;    class Test  {      int mValue;  public:      Test(int v)      {          mValue = v;      }      int value() const      {          return mValue;      }  };    bool operator && (const Test &l, const Test &r)  {      return l.value() && r.value();  }    bool operator || (const Test &l, const Test &r)  {      return l.value() || r.value();  }    Test func(Test i)  {      cout << "Test func(Test i) : i.value() = " << i.value() << endl;        return i;  }    int main()  {      Test t0(0);      Test t1(1);        /*       * 根据短路法则，期望的正确输出为:       * Test func(Test i) : i.value() = 0       * Result is false!      */      if( func(t0) && func(t1) )      {          cout << "Result is true!" << endl;      }      else      {          cout << "Result is false!" << endl;      }        cout << endl;        /*       * 根据短路法则，期望的正确输出为:       * Test func(Test i) : i.value() = 1       * Result is true!      */      if( func(1) || func(0) )      {          cout << "Result is true!" << endl;      }      else      {          cout << "Result is false!" << endl;      }        return 0;  }

代码中注释了我们期待的正确输出，但实际运行结果一个都没对上，为什么呢？

• 操作符重载的本质是通过函数调用扩展操作符的功能，47行和63行的if条件分别等价于operator && (func(t0), func(t1))和operator || (func(t1), func(t0))
• 重载函数在进入函数体之前必须完成所有参数的计算，而函数参数的计算顺序是不确定的
• 短路法则完全失效，逻辑操作符重载后无法完全实现原生语义

因此，在工程中应当避免重载逻辑操作符，建议采用重载比较操作符或提供成员函数的方式，来代替重载逻辑操作符。

3. 逗号操作符重载

逗号操作符,可以构成逗号表达式，下面是逗号表达式的原生语义

• 逗号表达式用于将多个子表达式连接为一个表达式，如exp1, exp2, exp3, ... , expN
• 逗号表达式中前N-1个子表达式可以没有返回值，最后一个子表达式必须有返回值
• 逗号表达式的最终结果为最后一个子表达式的值
• 逗号表达式严格按照从左向右的顺序计算每个子表达式的值

#include <iostream>  #include <string>    using namespace std;    void func(int i)  {      cout << "func() : i = " << i << endl;  }    int main()  {      int a[3][3] =      {          (0, 1, 2),   //逗号表达式，等价于a[3][3] = {2, 5, 8,};          (3, 4, 5),          (6, 7, 8)      };        int i = 0;      int j = 0;        while (i < 5)          func(i),    //逗号表达式，等价于func(i), i++;                 i++;        cout << endl;        for (i = 0; i < 3; i++)      {          for (j = 0; j < 3; j++)          {              cout << a[i][j] << endl;          }      }        cout << endl;        (i, j) = 6;  //逗号表达式，等价于 j = 6;        cout << "i = " << i << endl;      cout << "j = " << j << endl;        return 0;  }

在C++中重载逗号操作符是合法的，重载函数的参数必须有一个是类类型，且重载函数的返回值类型必须是引用

Class &operator , (const Class &a, const Class &b)  {      return const_cast<Class &>(b);  }

看下面的示例代码

#include <iostream>  #include <string>    using namespace std;    class Test  {      int mValue;  public:      Test(int i)      {          mValue = i;      }      int value()      {          return mValue;      }  };    Test &operator , (const Test &a, const Test &b)  {      return const_cast<Test &>(b);  }    Test func(Test &i)  {      cout << "func() : i = " << i.value() << endl;        return i;  }    int main()  {      Test t0(0);      Test t1(1);        /*       * 期望的正确输出为:       * func() : i = 0       * func() : i = 1       * 1      */      Test tt = (func(t0), func(t1));      cout << tt.value() << endl;        return 0;  }

虽然第44行输出结果和预期相符，但第43行输出和预期不符，原因和逻辑操作符重载一样，都是由函数参数计算顺序的不确定性造成的，也就是说：

• 逗号操作符重载后，构成的逗号表达式无法严格按照从左向右的顺序计算各个子表达式
• 逗号操作符重载后无法完全实现原生语义
• 因此，在工程中不要重载逗号操作符