8.4 运算符重载
8.4.1 概念
在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。
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运算符 |
规则 |
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所有的一元运算符 |
建议重载为成员函数 |
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= () [] -> |
只能重载为成员函数 |
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+= -= /= *= &= |= ~= %= >>= <<= |
建议重载为成员函数 |
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所有其它运算符 |
建议重载为全局函数 |
表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
在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）。
在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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