C++中的链式操作

代码编译环境：Windows7 32bits+VS2012。

1.什么是链式操作

链式操作是利用运算符进行的连续运算（操作），它的特点是在一条语句中出现两个或者两个以上相同的操作符，如连续的赋值操作、连续的输入操作、连续的输出操作、连续的相加操作等都是链式操作的例子。

链式操一定涉及到结合律的问题，例如链式操作赋值操作满足右结合律，即a=b=c被解释成a=(b=c)，而链式输出操作原则满足左结合律，即cout<<a<<b被解释成(cout<<a)<<b，基本数据类型的链式操作都有明确的定义，而涉及到类类型的链式操作则往往需要进行相应操作符的重载。

2.类的链式操作

为了实现类的链式操作，使链式操作能够进行，操作符的重载必须满足一定的要求： （1）操作符重载函数一定不能返回void类型。 因为void类型不能参与任何运算，所以，操作符重载函数返回void类型实际上是阻止了链式操作的可能性。

（2）对赋值操作符进行重载，如果返回的是类的对象，那么链式赋值操作必须借助于拷贝构造函数才能进行。这样不懂那会有较大的运行开销，还要编写正确的拷贝构造函数。考察下面的程序。

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex{
    double real;
    double image;
public:
    Complex(double r=0.0,double i=0.0){
        real=r;
        image=i;
    }

    Complex(const Complex& c){
        cout<<"Copy Constructor"<<endl;
        real=c.real;
        image=c.image;
    }

    void Show(){
        cout<<real<<"+"<<image<<"i"<<endl;
    }
    Complex operator=(const Complex&);
};

Complex Complex::operator=(const Complex& c)
{
    real=c.real;
    image=c.image;
    return *this;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    Complex c1(2.3,4.5),c2,c3;
    c1.Show();
    c3=c2=c1;
    c2.Show();
    c3.Show();
    getchar();
}

程序的运行结果是：

可以看到，在连续的两次赋值操作过程中，一共两次调用拷贝构造函数。第一次发生在执行c2=c1的操作中，函数的返回值（临时对象）是由c1构造的，这时发生了一次拷贝构造函数的调用；第二次发生在为c3赋值的时候，赋值运算的返回值仍然是一个Complex类的对象，这时又发生了一次拷贝构造函数的调用。让赋值操作依赖于拷贝构造函数，显然不是一种明智的做法。

思考：Complex& Complex::operator=(Complex& c){…}，会有什么结果？

仅仅将赋值运算符重载函数的申明和定义修改如下：

Complex& operator=(const Complex&);
Complex& Complex::operator=(const Complex& c)
{
    real=c.real;
    image=c.image;
    return *this;
}

同样是上面的程序，输出结果为：

也就是说，一次拷贝构造函数都没有调用，原因是赋值操作符函数返回Complex类的引用，不用产生一个新的临时对象，这样大大提高了程序运行效率。所以，赋值运算符重载几乎无一例外地返回引用。

3.实现输入输出的链式操作

输入操作符（>>）和输出操作符（>>）的重载函数必须返回引用，否则链式无法操作无法完成。

一般来说，实现输入操作符重载，一律采用如下函数原型：

istream& operator>>(istream&, className&);

而实现输出操作符重载，一律采用如下函数原型：

ostream& operator<<(ostream&, className&);

如果操作符函数的返回的是istream或ostream类的对象，而不是引用，会出现编译错误。出错的原因以及关于输入输入操作符的重载，敬请期待我的后续blog。

参考文献

[1] ]陈刚.C++高级进阶教程[M].武汉：武汉大学出版社，2008.