C++重载'->'符号是怎么实现的

Question

例如下面的代码：

class StrPtr{
public:
    StrPtr() : _ptr(nullptr){}
    //拷贝构造函数等省略...
    std::string* operator->()
    {
        return _ptr;
    }
private:
    std::string *_ptr;
};

std::string* operator->()
/*
这句代码的格式不是类似于前导运算符吗？类似于std::string operator*(){//...}不正是*ptr？但是重载的->运算符却是ptr->这样使用的，请问是为什么？
而且std::string* operator->()返回的是指针，为什么可以直接在后面访问类成员，[比如说ptr->size()]？
我的疑问是这是如何实现的，这和我对运算符重载的直接理解有所差异。
*/

Answer 1

这句代码的格式不是类似于前导运算符吗？类似于std::string operator*(){//...}不正是*ptr？但是重载的->运算符却是ptr->这样使用的，请问是为什么？

因为运算符的结合律不同，dereference operator（*）是 right associative 的，而 member access operator（.和->）是 left associative 的。这是不同符号的结合律不同的例子，C++ 里符号相同的时候也会有用法不同导致结合律不同的例子。例如：

 operator | left associative            | right associative
          |   lhs op rhs  /  lhs op     |   op rhs
----------+-----------------------------+---------------------------
 ++ --    | postfix increment/decrement | prefix increment/decrement
 + -      | binary add/subtract         | unary plus/minus
 *        | binary multiply             | dereference
 &        | bitwise and                 | address-of
 ()       | function call               | type conversion

当你重载一个左结合律的操作符时（如+ - * / ()等），往往这个操作符是个二元操作符，对于lhs op rhs，就会调用lhs.operator op(rhs)或operator op(lhs, rhs)，我们只需要按照这个函数签名来重载操作符就行了。

但是，如果这个操作符是一元操作符怎么办？这就要分情况讨论了：

• 如果这个符号有一种以上的用法（比如++或--），对于lhs op（左结合）和op rhs（右结合），我们得想个办法区分不同的用法啊，所以就会出现用于占位的函数参数（int）：

  • 对于lhs op调用lhs.operator op(int)

  • 对于op rhs调用rhs.operator op()

• 如果这个符号只有一种用法（比如->），对于lhs op，那就不需要用于占位的函数参数了，可以直接写成类似右结合的函数签名，即

  • 对于lhs op调用lhs.operator op()

所以会让人有点糊涂为啥函数签名差不多，用法却不同。

而且std::string* operator->()返回的是指针，为什么可以直接在后面访问类成员，[比如说ptr->size()]？

这是由 C++ 标准规定的，对于ptr->mem根据ptr类型的不同，操作符->的解释也不同：

• 当ptr的类型是内置指针类型时，等价于(*ptr).mem

• 当ptr的类型是类时，等价于ptr.operator->()->mem

你会发现这是一个递归的解释，对于ptr->mem会递归成：

(*(ptr.operator->().operator->().….operator->())).mem

操作符->是一元的，而操作符.是二元的。操作符->最终是通过操作符.来访问成员的，而.这个操作符是不允许重载的，只能由编译器实现。

举个例子，使用题主定义的类StrPtr：

string s = "abc";
StrPtr ptr(&s);
string *sp = &s;

ptr->size();
// 等价于 ptr.operator->()->size();
// 等价于 _ptr->size();   这跟 sp->size();   不就一样了吗
// 等价于 (*_ptr).size(); 这跟 (*sp).size(); 不就一样了吗

最后一句题外话，C++ 变量名不要用下划线作为起始，用下划线做起始是保留给编译器使用的。可以使用m_somemember或somemember_作为私有成员名称。

Answer 2

标准规定的写法，跟返回值的类型是指针没有什么关系。
而且神奇的是，如果返回的不是一个指针而是一个重载了箭头操作符的类对象，那么又会调用该类对象的箭头操作符，直到某个箭头操作符返回的是一个raw指针，则对该指针取内容并进行成员访问，这个过程可以无限嵌套，层层递推。如果编译器一层层地找下去，没有找到返回一个raw指针的箭头操作符则会报错，比如返回了一个没有重载箭头操作符的类对象，或者int之类的值。
如果按照一般的操作符重载逻辑，那么箭头操作符应该返回一个引用，逻辑上好像也没什么问题。但如果出现上述的情况，恐怕就会出现
-> -> ... ->
这种东西了。我想这大概是原因之一吧。
希望和有不同理解的人交流一下。

Answer 3

标准规定，->要么调用返回对象的->，要么返回指针，要么报错。