重载操作符与转换

--输入/输出、算术/关系操作符

支持I/O操作的类所提供的I/O操作接口，一般应该与标准库iostream为内置类型定义的接口相同，因此，许多类都需要重载输入和输出操作符。

一、输出操作符<<的重载

为了与IO标准库一致，操作符应接受ostream&作为第一个形参，对类类型const对象的引用作为第二个形参，并返回ostream形参的引用！

ostream &operator<<(ostream &os,const ClassType &object)
{
    os << //....
    return os;
}

1、Sales_item输出操作符

ostream &operator<<(ostream &out,const Sales_item &object)
{
    out << object.isbn << ‘\t‘ << object.units_sold << ‘\t‘
        << object.revenue << ‘\t‘ << object.avg_price();

    return out;
}

2、输出操作符通常所做格式化应尽量少

一般而言，输出操作符应输出对象的内容，进行最小限度的格式化，它们不应该输出换行符！尽量减少操作符的格式化，可以让用户自己控制输出细节。

    Sales_item item("C++ Primer");
    cout << item << endl;	//用户自己控制输出换行符

3、IO操作符必须为非成员函数

我们不能将该操作符定义为类的成员，否则，左操作符只能是该类型的对象：

ostream &Sales_item::operator<<(ostream &out)
{
    out << isbn << ‘\t‘ << units_sold << ‘\t‘
        << revenue << ‘\t‘ << avg_price();

    return out;
}

//测试
    Sales_item item("C++ Primer");
    //这个用法与正常使用方式恰好相反
    item << cout << endl;
    //OR
    item.operator<<(cout);

    //Error
    cout << item << endl;

如果想要支持正常用法,则左操作数必须为ostream类型。这意味着,如果该操作符是类的成员,则它必须是ostream类的成员,然而,ostream类是标准库的组成部分,我们(以及任何想要定义IO操作符的人)是不能为标准库中的类增加成员的。

由于IO操作符通常对非公用数据成员进行读写,因此,类通常将IO操作符设为友元。

//P437 习题14.7
class CheckoutRecord
{
    friend ostream &operator<<(ostream &os,const CheckoutRecord &object);

public:
    typedef unsigned Date;
    //...

private:
    double book_id;
    string title;
    Date date_borrowed;
    Date date_due;
    pair<string,string> borrower;
    vector< pair<string,string> * > wait_list;
};

ostream &operator<<(ostream &os,const CheckoutRecord &obj)
{
    os << obj.book_id << ": " << obj.title << ‘\t‘ << obj.date_borrowed
       << ‘\t‘ << obj.date_due << ‘\t‘ << obj.borrower.first << ‘ ‘
       << obj.borrower.second << endl;

    os << "Wait_list:" << endl;
    for (vector< pair<string,string> * >::const_iterator iter = obj.wait_list.begin();
            iter != obj.wait_list.end(); ++iter)
    {
        os << (*iter) -> first << ‘\t‘ << (*iter) -> second << endl;
    }
}

二、输入操作符>>的重载

与输出操作符类似,输入操作符的第一个形参是一个引用,指向它要读的流,并且返回的也是对同一个流的引用。它的第二个形参是对要读入的对象的非const引用,该形参必须为非const,因为输入操作符的目的是将数据读到这个对象中。

输入操作符必须处理错误和文件结束的可能性！

1、Sales_item的输入操作符

istream &operator>>(istream &in,Sales_item &s)
{
    double price;
    in >> s.isbn >> s.units_sold >> price;
    if (in)
    {
        s.revenue = price * s.units_sold;
    }
    else
    {
        //如果读入失败，则将对象重新设置成为默认状态
        s = Sales_item();
    }

    return in;
}

2、输入期间的错误

可能发生的错误包括:

1)任何读操作都可能因为提供的值不正确而失败。例如,读入isbn之后,输入操作符将期望下两项是数值型数据。如果输入非数值型数据,这次的读入以及流的后续使用都将失败。

2)任何读入都可能碰到输入流中的文件结束或其他一些错误。

但是我们无需检查每次读入,只在使用读入数据之前检查一次即可。

    if (in)
    {
        s.revenue = price * s.units_sold;
    }
    else
    {
        s = Sales_item();
    }

如果一旦出现了错误，我们不用关心是哪个输入失败了，相反，我们将整个对象复位！

3、处理输入错误

如果输入操作符检测到输入失败了，则确保对象处于可用和一致状态是个好做法！如果对象在发生错误之前已经写入了部分信息，这样做就特别重要！

例如,在Sales_item的输入操作符中,可能成功地读入了一个新的isbn,然后遇到流错误。在读入isbn之后发生错误意味着旧对象的units_sold和 revenue成员没变,结果会将另一个isbn与那个数据关联（悲剧了...）。因此，将形参恢复为空Sales_item对象，可以避免给他一个无效的状态！

【最佳实践】

设计输入操作符时，如果可能，要确定错误恢复措施，这很重要！

4、指出错误

除了处理可能发生的任何错误之外，输入操作符还可能需要设置输入形参的条件状态。

有些输入操作符的确需要进行附加检查。例如,我们的输入操作符可以检查读到的 isbn格式是否恰当。也许我们已成功读取了数据,但这些数据不能恰当解释为ISBN,在这种情况下,尽管从技术上说实际的IO是成功的,但输入操作符仍可能需要设置条件状态以指出失败。通常输入操作符仅需设置failbit。设置 eofbit意思是文件耗尽,设置badbit可以指出流被破坏,这些错误最好留给 IO标准库自己来指出。

//P439 习题14.11
class CheckoutRecord
{
    friend istream &operator>>(istream &in,CheckoutRecord &object);

public:
    typedef unsigned Date;
    //...

private:
    double book_id;
    string title;
    Date date_borrowed;
    Date date_due;
    pair<string,string> borrower;
    vector< pair<string,string> * > wait_list;
};

istream &operator>>(istream &in,CheckoutRecord &obj)
{
    in >> obj.book_id >> obj.title >> obj.date_borrowed >> obj.date_due;
    in >> obj.borrower.first >> obj.borrower.second;
    if (!in)
    {
        obj = CheckoutRecord();
        return in;
    }

    obj.wait_list.clear();
    while (in)
    {
        pair<string,string> *p = new pair<string,string>;
        in >> p -> first >> p -> second;
        if (in)
        {
            obj.wait_list.push_back(p);
            delete p;
        }
    }

    return in;
}

三、算术运算符

一般而言，将算术和关系操作符定义为非成员函数：

Sales_item operator+(const Sales_item &lhs,const Sales_item &rhs)
{
    Sales_item ret(lhs);
    //使用Sales_item的复合复制操作符来加入rhs的值
    ret += rhs;
    return ret;
}

加法操作符并不改变操作数的状态，操作数是对const对象的引用。

【最佳实践】

为了与内置操作符保持一致，加法返回一个右值，而不是一个引用！

既定义了算术操作符又定义了先关复合赋值操作符的类，一般应使用复合赋值实现算术操作符。

//P440 习题14.12
Sales_item operator+(const Sales_item &lhs,const Sales_item &rhs)
{
    Sales_item tmp;
    tmp.units_sold = lhs.units_sold + rhs.units_sold;
    tmp.revenue = lhs.revenue + rhs.revenue;

    return tmp;
}
Sales_item& Sales_item::operator+=(const Sales_item& rhs)
{
    *this = *this + rhs;

    return *this;
}

四、关系运算符

1、相等运算符

如果所有对应成员都相等，则认为两个对象相等。

inline
bool operator==(const Sales_item &lhs,const Sales_item &rhs)
{
    return lhs.revenue == rhs.revenue && lhs.units_sold == rhs.units_sold &&
           lhs.same_isbn(rhs);
}

inline
bool operator!=(const Sales_item &lhs,const Sales_item &rhs)
{
    return !(lhs == rhs);
}

1)如果类定义了==操作符,该操作符的含义是两个对象包含同样的数据。

2)如果类具有一个操作,能确定该类型的两个对象是否相等,通常将该函数定义为 operator==而不是创造命名函数。用户将习惯于用==来比较对象,而且这样做比记住新名字更容易。

3)如果类定义了operator==,它也应该定义operator!=。用户会期待如果可以用某个操作符,则另一个也存在。

4)相等和不操作符一般应该相互联系起来定义,让一个操作符完成比较对象的实际工作,而另一个操作符只是调用前者。

定义了operator==的类更容易与标准库一起使用。有些算法，如find，默认使用==操作符，如果类定义了==，则这些算法可以无需任何特殊处理而用于该类类型！

2、关系操作符

定义了相等操作符的类一般也具有关系操作符。尤其是，因为关联容器和某些算法使用小于操作符(<)，所以定义了operator<可能相当有用。

如果因为<的逻辑定义与==的逻辑定义不一致，所以这样的话，不定义<会更好。

【注释】

关联容器以及某些算法，默认使用<操作符(此处本人认为译者翻译有误，原文：...usethe < operator bydefult...，译者翻译为：使用默认<操作符，但本人认为默认使用更为恰当！)。一般而言，关系操作符，诸如相等操作符，应定义为非成员函数(“对称”操作符)。

C++ Primer 学习笔记_59_重载操作符与转换 --输入/输出、算术/关系操作符