c++中有些重载运算符为什么要返回引用

 

 

　　事实上，我们的重载运算符返回void、返回对象本身、返回对象引用都是可以的，并不是说一定要返回一个引用，只不过在不同的情况下需要不同的返回值。

那么什么情况下要返回对象的引用呢？

原因有两个：

• 　　允许进行连续赋值
•       防止返回对象（返回对象也可以进行连续赋值（常规的情况，如a = b = c，而不是（a = b） = c））的时候调用拷贝构造函数和析构函数导致不必要的开销，降低赋值运算符的效率。

　　

　　对于第二点原因：如果用”值传递“的方式，虽然功能仍然正确，但由于return语句要把*this拷贝到保存返回值的外部存储单元之中，增加了不必要的开销，会降低赋值函数的效率。

 

　　场景：

　　需要返回对象引用或者返回对象（效率没有返回引用高），需要实现连续赋值，使重载的运算符更符合C++本身的运算符语意，如连续赋值 = += -= *= 、=，<<输出流

　　关于赋值 =，我们知道赋值=有连续等于的特性

int x,y,z;
x=y=z=15;

　　同样有趣的是，赋值采用的是右结合律，所以上述连锁赋值被解析为：

x=(y=(z=15));//赋值连锁形式

　　这里15先被赋值给z，然后其结果（更新后的z）再被赋值给y，然后其结果（更新后的y）再被赋值给x。

　　为了实现”连锁赋值“，赋值操作符号返回一个reference(引用)指向操作符号的左侧实参（而事实上重载运算符的左侧实参就是调用对象本身，比如= += -=等），这是你为classes实现赋值操作符时应该遵循的协议：这个协议不仅仅适用于以上的标准赋值形式，也适用于所有赋值运算。

class Widght{
    public:
      .....
    Widget& operator=(cosnt Widget& rhs)
    {
       ...
       return* this;
    }  
    Widget& operator+=(cosnt Widget& rhs)
    {
       ...
       return* this;
    }  
    
    Widget& operator-=(cosnt Widget& rhs)
    {
       ...
       return* this;
    }  
    
    Widget& operator*=(cosnt Widget& rhs)
    {
       ...
       return* this;
    }  
    
    Widget& operator/=(cosnt Widget& rhs)
    {
       ...
       return* this;
    }  
    ...
 };

　　注意，这只是个协议，并无强制性，如果不遵循它，代码一样可以通过编译，然而这份协议被所有内置类型和标准程序库提供的类型入string，vector，complex，std::trl::shared_ptr或者即将提供的类型共同遵守。因此除非你有一个标新立异的好理由，不然还是随众吧。

 

　　下面看一个赋值运算符重载的例子：（连续赋值，常规的情况（a = b = c））

　　1、首先是返回对象的情况：

#include <iostream>
using namespace std;
class String
{
private:
    char *str;
    int len;
public:
    String(const char* s);//构造函数声明
    String operator=(const String& another);//运算符重载，此时返回的是对象
    void show()
    {
        cout << "value = " << str << endl;
    }

    /*copy construct*/
    String(const String& other)
    {
        len = other.len;
        str = new char[len + 1];
        strcpy(str, other.str);
        cout << "copy construct" << endl;
    }

    ~String()
    {
        delete[] str;
        cout << "deconstruct" << endl;
    }
};

String::String(const char* s)//构造函数定义
{
    len = strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s);
}

String String::operator=(const String &other)//运算符重载
{
    if (this == &other)
        return *this;
//        return;
    delete[] str;
    len = other.len;
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, other.str);
    return *this;
//    return;
}

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2("123");
    String str3("456");
    str1.show();
    str2.show();
    str3.show();
    str3 = str1 = str2;//str3.operator=(str1.operator=(str2))    
    str3.show();
    str1.show();
    return 0;
}

　　运行结果：

　　

 

　　2、下面是返回引用的情况（String& operator = (const String& str)）,直接贴运行结果：

　　

　　

　　当运算符重载返回的是对象时，会在连续赋值运算过程的返回途中，调用两次拷贝构造函数和析构函数（因为return的是个新的对象）

　　如果采用String& operator = (const String& str)这样就不会有多余的调用（因为这里直接return一个已经存在的对象的引用）

　　上面的栗子也说明一点：析构函数的调用是在变量作用域结束的时候（以及程序运行结束的时候）

　　如果采用return对象，那么第二次赋值运算调用的情况就是：

　　将一个新的String对象（returnStringObj）传递到operator = (const String& str)的参数中去 相当于 

const String&str = returnStringObj;

　　如果采用return对象引用，那么第二次赋值运算的情况就是：

　　将一个已经存在的String对象的引用（（其实就是str1））传递给operator = (const String& str)的参数中去

const String&str = returnReference; //(String& returnReference = str1;)

　　+=等运算符也是同样的考虑，比如

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2("123");
    String str3("456");
    str1.show();
    str2.show();
    str3.show();
    str3 = str1 = str2;//str3.operator=(str1.operator=(str2))    
    str3.show();
    str1.show();

    int num = 10;
    num += (num += 100);
    cout << num << endl;
    return 0;
}

　　

　　如果使用+=或其它上面举出的运算符进行连续操作时，，则这些运算符的返回值一定要是一个对象或者引用才行，不然就会出现错误（参数类型不符合）。什么意思呢，下面举个栗子。

　　我现在让运算符重载返回的类型为空，单个赋值，不使用连续赋值：

#include <iostream>
using namespace std;
class String
{
private:
    char *str;
    int len;
public:
    String(const char* s);//构造函数声明
    void operator=(const String& another);//运算符重载，此时返回为空
    void show()
    {
        cout << "value = " << str << endl;
    }

    /*copy construct*/
    String(const String& other)
    {
        len = other.len;
        str = new char[len + 1];
        strcpy(str, other.str);
        cout << "copy construct" << endl;
    }

    ~String()
    {
        delete[] str;
        cout << "deconstruct" << endl;
    }
};

String::String(const char* s)
{
    len = strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s);
}

void String::operator=(const String &other)
{
    if (this == &other)
//        return *this;
        return;
    delete[] str;
    len = other.len;
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, other.str);
//    return *this;
    return;
}

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2("123");
    String str3("456");
    str1.show();
    str2.show();
    str3.show();
    str3 = str1;//这样OK
    str3.show();
    str1.show();
    return 0;
}

　　运行结果：

 　　

　　但当我把主函数中str1,str2,str3改为连续赋值时：

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2("123");
    String str3("456");
    str1.show();
    str2.show();
    str3.show();
    str3 = str1=str2;//这样不OK
    str3.show();
    str1.show();
    return 0;
}

　　出错：

　　

　　所以，当你确定不使用连续赋值时，直接返回void也是可以的。要明白一点：

　　运算符左侧的对象就是操作对象，比如

ObjectA = ObjectB 等同于ObjectA.operator=（ObjectB） 
ObjectA+=ObjectB 等同于ObjectA.operator+（ObjectB）

　　

　　最后要说明一点：并非必须返回引用，返回引用的好处既可以避免拷贝构造函数和析构函数的调用，又可以保证= +=等运算符的原始语义清晰。

　　啥叫原始语义清晰呢？

　　如

(str3 = str1) = str2;

　　我们的意识里，就是先执行括号内容，即str1赋值给str3，然后str2再赋值给str3，最后str3输出的内容是str2的。

　　即如果运算符重载返回的是对象引用时，

//返回的是对象引用的情况
#include <iostream>
using namespace std;
class String
{
private:
    char *str;
    int len;
public:
    String(const char* s);//构造函数声明
    String& operator=(const String& another);//运算符重载，此时返回为引用
    void show()
    {
        cout << "value = " << str << endl;
    }

    /*copy construct*/
    String(const String& other)
    {
        len = other.len;
        str = new char[len + 1];
        strcpy(str, other.str);
        cout << "copy construct" << endl;
    }

    ~String()
    {
        delete[] str;
        cout << "deconstruct" << endl;
    }
};

String::String(const char* s)
{
    len = strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s);
}

String& String::operator=(const String &other)
{
    if (this == &other)
        return *this;
//        return;
    delete[] str;
    len = other.len;
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, other.str);
    return *this;
//    return;
}

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2("123");
    String str3("456");
    str1.show();
    str2.show();
    str3.show();
    (str3 = str1) = str2;
    cout << "str3的内容为：" << endl;
    str3.show();
    return 0;
}

　　运行结果：

　　

 　　str3得到了str2的内容，与我们认识的‘=’运算符逻辑相符。

　　而如果运算符重载返回的是对象时，

//这是返回类型为对象的情况
#include <iostream>
using namespace std;
class String
{
private:
    char *str;
    int len;
public:
    String(const char* s);//构造函数声明
    String operator=(const String& another);//运算符重载，此时返回为空
    void show()
    {
        cout << "value = " << str << endl;
    }

    /*copy construct*/
    String(const String& other)
    {
        len = other.len;
        str = new char[len + 1];
        strcpy(str, other.str);
        cout << "copy construct" << endl;
    }

    ~String()
    {
        delete[] str;
        cout << "deconstruct" << endl;
    }
};

String::String(const char* s)
{
    len = strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s);
}

String String::operator=(const String &other)
{
    if (this == &other)
        return *this;
//        return;
    delete[] str;
    len = other.len;
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, other.str);
    return *this;
//    return;
}

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2("123");
    String str3("456");
    str1.show();
    str2.show();
    str3.show();
    (str3 = str1) = str2;
    cout << "赋值后str3的内容为：" << endl;
    str3.show();
    return 0;
}

 

　　运行结果：

　　

　　str3只得到了str1的内容，并没有得到str2的内容，这是因为执行(str3=str1)后，因为返回的是对象（一个临时对象，str3的一个拷贝），不是引用，所以此时str3不在后面的‘=str2’的操作中，而是str2对一个临时对象赋值，所以str3的内容保持不变（等于str1）。

 

　　总结

　　所以，对此类运算符重载时，还是老老实实的返回引用，少搞事，做个好男孩：）