Перегрузка оператора

В компьютерном программировании , перегрузка операторов , иногда называют оператором специального полиморфизма , является частным случаем полиморфизма , где разные операторы имеют различные варианты реализации в зависимости от их аргументов. Перегрузка операторов , как правило , определяется языком программирования , на программиста , или обоих.

Обоснование [ редактировать ]

Перегрузка оператора является синтаксическим сахаром и используется потому, что она позволяет программировать с использованием нотации, более близкой к целевой области ^[1], и позволяет определяемым пользователем типам такой же уровень синтаксической поддержки, что и типы, встроенные в язык. Это распространено, например, в научных вычислениях, где позволяет манипулировать вычислительными представлениями математических объектов с тем же синтаксисом, что и на бумаге.

Перегрузка оператора не меняет выразительной силы языка (с функциями), так как ее можно эмулировать с помощью вызовов функций. Например, рассмотрим переменные a, bи cнекоторого определенного пользователем типа, такие , как матриц :

a + b * c

На языке, который поддерживает перегрузку операторов, и с обычным предположением, что оператор '*' имеет более высокий приоритет, чем оператор '+', это краткий способ написания:

Add(a, Multiply(b, c))

Однако первый синтаксис отражает обычное математическое использование.

Примеры [ править ]

В этом случае оператор сложения перегружается, чтобы разрешить добавление к пользовательскому типу Timeв C ++ :

 Оператор времени + ( const  Time &  lhs ,  const  Time &  rhs )  {  Time  temp  =  lhs ;  темп . секунд  + =  прав . секунды ;  темп . минут  + =  темп . секунд  /  60 ;  темп . секунд  % =  60 ;  темп . минут  + =  прав . минут ;  темп. часов  + =  темп . минут  /  60 ;  темп . минут  % =  60 ;  темп . часы  + =  прав . часы ;  возвратная  температура ; }

Сложение - это бинарная операция , что означает наличие двух операндов . В C ++ передаваемые аргументы - это операнды, а tempобъект - это возвращаемое значение.

Операция также может быть определена как метод класса, замененный lhsскрытым thisаргументом; Однако это заставляет левый операнд иметь тип Time:

// "const" прямо перед открывающей фигурной скобкой означает, что | this | не модифицируется. Время  Time :: operator + ( const  Time &  rhs )  const  {  Time  temp  =  * this ;  // | это | не должны быть изменены, поэтому сделайте копию.  темп . секунд  + =  прав . секунды ;  темп . минут  + =  темп . секунд  /  60 ;  темп . секунд  % =  60 ; темп . минут  + =  прав . минут ;  темп . часов  + =  темп . минут  /  60 ;  темп . минут  % =  60 ;  темп . часы  + =  прав . часы ;  возвратная  температура ; }

Обратите внимание, что унарный оператор, определенный как метод класса, не получит явного аргумента (он работает только с this):

bool  Time :: operator ! ()  const  {  возвращение  часов  ==  0  &&  минут  ==  0  &&  секунд  ==  0 ; }

Оператор «меньше» (<) часто перегружается для сортировки структуры или класса:

class  Pair  {  public :  bool  operator < ( const  Pair &  p )  const  {  if  ( x_  ==  p . x_ )  {  return  y_  <  p . y_ ;  }  return  x_  <  p . x_ ;  } частный :  int  x_ ;  int  y_ ; };

Как и в предыдущих примерах, в последнем примере перегрузка оператора выполняется внутри класса. В C ++ после перегрузки оператора «меньше» (<) для сортировки некоторых классов можно использовать стандартные функции сортировки.

Критика [ править ]

Перегрузка операторов часто подвергалась критике ^[2], потому что она позволяет программистам переназначать семантику операторов в зависимости от типов их операндов. Например, использование <<оператора в C ++ сдвигает биты в переменной, оставленные битами, если и имеют целочисленный тип, но если это выходной поток, то приведенный выше код попытается записать в поток. Поскольку перегрузка операторов позволяет исходному программисту изменить обычную семантику оператора и застать всех последующих программистов врасплох, считается хорошей практикой осторожно использовать перегрузку операторов (создатели Java решили не использовать эту функцию, ^[3]a << bababab хотя не обязательно по этой причине).

Другая, более тонкая проблема с операторами заключается в том, что определенные математические правила могут быть неверно ожидаемыми или непреднамеренно принятыми. Например, коммутативность + (т.е. это a + b == b + a) не всегда применима; пример этого происходит, когда операнды являются строками, поскольку + обычно перегружается для выполнения конкатенации строк (т.е. "bird" + "song"дает "birdsong", а "song" + "bird"дает "songbird"). Типичное противодействие ^{[ необходима цитата ]} этому аргументу исходит непосредственно из математики: хотя + коммутативен для целых чисел (и, в более общем смысле, для любого комплексного числа), он не коммутативен для других «типов» переменных. На практике + даже не всегда ассоциативен, например, со значениями с плавающей запятой из-за ошибок округления. Другой пример: в математике умножение коммутативно для действительных и комплексных чисел, но не коммутативно для матричного умножения .

Каталог [ править ]

Классификация некоторых распространенных языков программирования выполняется в зависимости от того, могут ли их операторы перегружать программист и ограничены ли операторы предопределенным набором.

Хронология перегрузки оператора [ править ]

1960-е [ править ]

Спецификация АЛГОЛА 68 допускает перегрузку операторов. ^[43]

Выдержка из спецификации языка ALGOL 68 (стр. 177), где определены перегруженные операторы ¬, =, ≠ и abs :

10.2.2. Операции с логическими операндамиа) op ∨ = ( bool a, b) bool :( a | true | b);б) op ∧ = ( bool a, b) bool : (a | b | false );в) op ¬ = ( bool a) bool : (a | false | true );г) op = = ( bool a, b) bool :( a∧b) ∨ (¬b∧¬a);д) op ≠ = ( bool a, b) bool : ¬ (a = b);е) op  abs = ( bool a) int : (a | 1 | 0);

Обратите внимание, что для перегрузки оператора не требуется специального объявления , и программист может создавать новые операторы.

1980-е [ править ]

Ada поддерживает перегрузку операторов с самого начала, с публикацией языкового стандарта Ada 83. Однако разработчики языка предпочли исключить определение новых операторов. Только существующие операторы в языке могут быть перегружены путем определения новых функций с такими идентификаторами, как «+», «*», «&» и т. Д. Последующие версии языка (в 1995 и 2005 гг.) Сохраняют ограничение на перегрузку существующих операторов. .

В C ++ перегрузка операторов более тонкая, чем в АЛГОЛе 68 . ^[44]

1990-е [ править ]

Разработчики языка Java в Sun Microsystems предпочли опустить перегрузку. ^{[45] [46] [47]}

Ruby допускает перегрузку операторов как синтаксический сахар для простых вызовов методов.

Lua допускает перегрузку операторов в качестве синтаксического сахара для вызовов методов с добавленной функцией, согласно которой, если первый операнд не определяет этот оператор, будет использоваться метод для второго операнда.

2000-е [ править ]

Microsoft добавила перегрузку операторов в C # в 2001 году и в Visual Basic .NET в 2003 году.

Scala обрабатывает все операторы как методы и, таким образом, допускает перегрузку операторов через прокси.

В Raku определение всех операторов делегировано лексическим функциям, и поэтому, используя определения функций, операторы могут быть перегружены или добавлены новые операторы. Например, функция, определенная в исходном коде Rakudo для увеличения объекта Date со знаком «+»:

мульти  инфикс: <+> ( Дата: D  $ d , Интервал: D  $ x ) { Дата . new-from-daycount ( d . daycount + x )}

Поскольку использовалось multidispatch , функция добавляется к списку кандидатов multidispatch , а "+" перегружается только в том случае, если выполняются ограничения типа в сигнатуре функции. Хотя возможность перегрузки включает + , * , > = , постфикс и термин i и т. Д., Она также позволяет перегрузить различные операторы фигурных скобок: « [ x, y ] », «x [ y ] », «x { y } "и" x ( y ) ".

Kotlin поддерживает перегрузку операторов с момента своего создания.

См. Также [ править ]

• Перегрузка функций
• Полиморфизм (информатика)
• Подпрограмма
• Оператор (программирование)
• Операторы в C и C ++
• Мутаторный метод
• Индексатор (программирование)
• Свойство (программирование)

Ссылки [ править ]