C++ 之 重载赋值操作符

下面是一个基类 Bitmap 和派生类 Widget， Widget 中定义了一个私有类型 (private) 指针 pb

class Bitmap { ... };

class Widget {
    ...

private:
    Bitmap *pb; // ptr to a heap-allocated object
};

  当在 Widget 类中重载赋值操作符 "=" 时，需要考虑以下几个方面

1  链式赋值

首先要考虑的是，链式赋值 (chain of assignments) 的情况，如下所示：

int x, y, z;

x = y = z = 15; // chain of assignments

整数 15 首先赋值给 z，得到新值的 z 再赋值给 y，接着得到新值的 y 最后再赋值给 x

x = (y = (z = 15));

为了实现链式赋值，函数的返回值须是一个实例自身的引用，也即 *this； 同理，重载其它的复合赋值运算符 (如 +=, -=, *=, /=)，也必须在函数结束前返回 *this

Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs)
{
    delete pb;  // stop using current bitmap

    pb = new Bitmap(*rhs.pb);  // start using a copy of rhs‘s bitmap

    return *this;
}

2  自赋值

其次要考虑的是，关于自赋值 (self-assigment) 的情况，虽然显式的自赋值并不常见，但潜在的自赋值仍需注意

Widget  w;
  ...
w = w;  // explict assignment to self

a[i] = a[j];  // potential assignment to self

*px = *py;  // potential assignment to self

解决方法是，在函数内加一个 if 语句，判断当前实例 (*this) 和传入的参数 rhs 是不是同一个实例，也即判断是不是自赋值的情况

如果是自赋值，则不作任何处理，直接返回 *this；如果不是自赋值，首先释放实例自身已有内存，然后再分配新的内存，如下所示：

Widget& Widget::operator=(cosnt Widget& rhs)
{
    if (this == &rhs) return *this; // identity test: if a self-assignment, do nothing

    delete pb;
    pb = new Bitmap(*rhs.pb);

    return *this;
}

3  异常安全

上例中，假如在分配内存时，因内存不足或 Bitmap 的拷贝构造函数异常，导致 "new Bitmap" 产生异常 (exception)，则 pb 指向的是一个已经被删除的 Bitmap

因此，除了链式赋值和自赋值外，还需要考虑异常安全的情况，如下代码所示： 假如 "new Bitmap" 抛出一个异常，pb 指针并没有改变

Widget& Widget::operator=(cosnt Widget& rhs)
{    if (this == &rhs) return *this; // identity test
    Bitmap *pOrig = pb; // remember original pb

    pb = new Bitmap(*rhs.pb); // make pb point to a copy
    delete pOrig;  // delete the original pb

    return *this;
}

如果不考虑效率的问题，那么即使没有对自赋值进行判断的 if 语句，其后面的语句也足以应付自赋值的问题

4  拷贝-交换

上例中，因为效率的问题，保留了 if 语句，但实际上，因为自赋值出现的概率很低，所以上述代码看似“高效”，其实并不然

最常用的兼顾自赋值和异常安全 (exception safety) 的方法是 “拷贝-交换” (copy-and-swap)，如下所示：

Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs)
{
    Widget temp(rhs);  // make a copy of rhs‘s data

    std::swap(*this, temp); // swap *this‘s data with the copy‘s

    return *this;
}

上述代码使用的是标准库的 swap 函数，当然也可以自定义 swap 函数

小结：

1) 重载类赋值操作符，首先考虑链式赋值 -- 函数返回 *this，其次考虑自赋值和异常安全 -- “拷贝-交换”

2) 被重载的类赋值操作符 "=" 必须定义为成员函数，其它的复合赋值操作符 (如 "+=", "-=" 等) 应该被定义为成员函数

参考资料：

<Effective C++_3rd> item 10, 11

<剑指 offer> 2.2.1