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 C++/C编程规范(8.4-8.6)----林  锐2007-04-10 21:19:00

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8.4 运算符重载

8.4.1 概念

    C++语言中,可以用关键字operator加上运算符来表示函数,叫做运算符重载。例如两个复数相加函数:

    Complex Add(const Complex &a, const Complex &b);

可以用运算符重载来表示:

    Complex operator +(const Complex &a, const Complex &b);

    运算符与普通函数在调用时的不同之处是:对于普通函数,参数出现在圆括号内;而对于运算符,参数出现在其左、右侧。例如

    Complex a, b, c;

   

    c = Add(a, b);  // 用普通函数

    c = a + b;      // 用运算符 +

    如果运算符被重载为全局函数,那么只有一个参数的运算符叫做一元运算符,有两个参数的运算符叫做二元运算符。

    如果运算符被重载为类的成员函数,那么一元运算符没有参数,二元运算符只有一个右侧参数,因为对象自己成了左侧参数。

    从语法上讲,运算符既可以定义为全局函数,也可以定义为成员函数。文献[Murray , p44-p47]对此问题作了较多的阐述,并总结了表8-4-1的规则。

 

运算符

规则

所有的一元运算符

建议重载为成员函数

= () [] ->

只能重载为成员函数

+= -= /= *= &= |= ~= %= >>= <<=

建议重载为成员函数

所有其它运算符

建议重载为全局函数

8-4-1 运算符的重载规则

 

由于C++语言支持函数重载,才能将运算符当成函数来用,C语言就不行。我们要以平常心来对待运算符重载:

1)不要过分担心自己不会用,它的本质仍然是程序员们熟悉的函数。

2)不要过分热心地使用,如果它不能使代码变得更加易读易写,那就别用,否则会自找麻烦。

 

8.4.2 不能被重载的运算符

    C++运算符集合中,有一些运算符是不允许被重载的。这种限制是出于安全方面的考虑,可防止错误和混乱。

1)不能改变C++内部数据类型(如int,float等)的运算符。

2)不能重载‘.’,因为‘.’在类中对任何成员都有意义,已经成为标准用法。

3)不能重载目前C++运算符集合中没有的符号,如#,@,$等。原因有两点,一是难以理解,二是难以确定优先级。

4)对已经存在的运算符进行重载时,不能改变优先级规则,否则将引起混乱。

8.5 函数内联

8.5.1 用内联取代宏代码

    C++ 语言支持函数内联,其目的是为了提高函数的执行效率(速度)。

    C程序中,可以用宏代码提高执行效率。宏代码本身不是函数,但使用起来象函数。预处理器用复制宏代码的方式代替函数调用,省去了参数压栈、生成汇编语言的CALL调用、返回参数、执行return等过程,从而提高了速度。使用宏代码最大的缺点是容易出错,预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效应。例如

    #define MAX(a, b)       (a) > (b) ? (a) : (b)

语句

result = MAX(i, j) + 2 ;

将被预处理器解释为

    result = (i) > (j) ? (i) : (j) + 2 ;

由于运算符‘+’比运算符‘:’的优先级高,所以上述语句并不等价于期望的

    result = ( (i) > (j) ? (i) : (j) ) + 2 ;

如果把宏代码改写为

    #define MAX(a, b)       ( (a) > (b) ? (a) : (b) )

则可以解决由优先级引起的错误。但是即使使用修改后的宏代码也不是万无一失的,例如语句 

result = MAX(i++, j);

将被预处理器解释为

    result = (i++) > (j) ? (i++) : (j);

    对于C++ 而言,使用宏代码还有另一种缺点:无法操作类的私有数据成员。

 

让我们看看C++ 的“函数内联”是如何工作的。对于任何内联函数,编译器在符号表里放入函数的声明(包括名字、参数类型、返回值类型)。如果编译器没有发现内联函数存在错误,那么该函数的代码也被放入符号表里。在调用一个内联函数时,编译器首先检查调用是否正确(进行类型安全检查,或者进行自动类型转换,当然对所有的函数都一样)。如果正确,内联函数的代码就会直接替换函数调用,于是省去了函数调用的开销。这个过程与预处理有显著的不同,因为预处理器不能进行类型安全检查,或者进行自动类型转换。假如内联函数是成员函数,对象的地址(this)会被放在合适的地方,这也是预处理器办不到的。

C++ 语言的函数内联机制既具备宏代码的效率,又增加了安全性,而且可以自由操作类的数据成员。所以在C++ 程序中,应该用内联函数取代所有宏代码,“断言assert”恐怕是唯一的例外。assert是仅在Debug版本起作用的宏,它用于检查“不应该”发生的情况。为了不在程序的Debug版本和Release版本引起差别,assert不应该产生任何副作用。如果assert是函数,由于函数调用会引起内存、代码的变动,那么将导致Debug版本与Release版本存在差异。所以assert不是函数,而是宏。(参见6.5节“使用断言”)

 

8.5.2 内联函数的编程风格

    关键字inline必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联,仅将inline放在函数声明前面不起任何作用。如下风格的函数Foo不能成为内联函数:

    inline void Foo(int x, int y); // inline仅与函数声明放在一起

    void Foo(int x, int y)

    {

       

    }

而如下风格的函数Foo则成为内联函数:

    void Foo(int x, int y);    

    inline void Foo(int x, int y)   // inline与函数定义体放在一起

    {

       

    }

    所以说,inline是一种“用于实现的关键字”,而不是一种“用于声明的关键字”。一般地,用户可以阅读函数的声明,但是看不到函数的定义。尽管在大多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline关键字,但我认为inline不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能,但是体现了高质量C++/C程序设计风格的一个基本原则:声明与定义不可混为一谈,用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。

    定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数,例如

    class A

    {

public:

        void Foo(int x, int y) { … }   // 自动地成为内联函数

    }

将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便,但不是一种良好的编程风格,上例应该改成:

    // 头文件

class A

    {

public:

        void Foo(int x, int y)

    }

    // 定义文件

    inline void A::Foo(int x, int y)

{

}

 

8.5.3 慎用内联

    内联能提高函数的执行效率,为什么不把所有的函数都定义成内联函数?

    如果所有的函数都是内联函数,还用得着“内联”这个关键字吗?

    内联是以代码膨胀(复制)为代价,仅仅省去了函数调用的开销,从而提高函数的执行效率。如果执行函数体内代码的时间,相比于函数调用的开销较大,那么效率的收获会很少。另一方面,每一处内联函数的调用都要复制代码,将使程序的总代码量增大,消耗更多的内存空间。以下情况不宜使用内联:

1)如果函数体内的代码比较长,使用内联将导致内存消耗代价较高。

2)如果函数体内出现循环,那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。

    类的构造函数和析构函数容易让人误解成使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为,如“偷偷地”执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。

一个好的编译器将会根据函数的定义体,自动地取消不值得的内联(这进一步说明了inline不应该出现在函数的声明中)。

8.6 一些心得体会

    C++ 语言中的重载、内联、缺省参数、隐式转换等机制展现了很多优点,但是这些优点的背后都隐藏着一些隐患。正如人们的饮食,少食和暴食都不可取,应当恰到好处。我们要辨证地看待C++的新机制,应该恰如其分地使用它们。虽然这会使我们编程时多费一些心思,少了一些痛快,但这才是编程的艺术。

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