C++ 中运算符重载的返回值

Question

我对 C++ 中运算符重载的返回值有疑问。一般来说，我发现了两种情况，一种是按值返回，一种是按引用返回。那么这背后的规则是什么呢？特别是在可以连续使用运算符的情况下，例如cout<。

例如，当实现+操作“string + (string)”时。如何通过 ref 或 val 返回返回值。

Answer 1

有些运算符按值返回，有些按引用返回。一般来说，结果为新值的运算符（如 +、- 等）必须按值返回新值，而结果为现有值但经过修改的运算符（如 <<、> 等）必须按值返回新值。 >、+=、-= 等），应返回对修改值的引用。

例如，cout是一个std::ostream，向流中插入数据是一个修改操作，所以要实现<< > 运算符插入到 ostream 中，该运算符的定义如下：

std::ostream& operator<< (std::ostream& lhs, const MyType& rhs)
{
  // Do whatever to put the contents of the rhs object into the lhs stream
  return lhs;
}

这样，当您有像 cout << 这样的复合语句时， 该运算符的定义如下： x << y，子表达式cout <<首先计算 x，然后计算表达式 [result of cout <<; x ] << y 被评估。由于 x 上的运算符 << 返回对 cout 的引用，因此表达式 [result of cout << x ] << y 等价于 cout << y，正如预期的那样。

相反，对于“string + string”，结果是一个新字符串（两个原始字符串均未更改），因此它必须按值返回（否则您将返回对临时值的引用，这是未定义的行为）。

Answer 2

为了尝试回答有关字符串的问题，字符串的运算符 +() 几乎总是作为自由（非成员）函数实现，以便可以对任一参数执行隐式转换。也就是说，您可以这样说：

string s1 = "bar";
string s2 = "foo" + s1;

鉴于此，并且我们可以看到两个参数都无法更改，因此必须将其声明为：

RETURN_TYPE operator +( const string & a, const string & b );

我们暂时忽略 RETURN_TYPE。由于我们无法返回任何一个参数（因为我们无法更改它们），因此实现必须创建一个新的串联值：

RETURN_TYPE operator +( const string & a, const string & b ) {
    string newval = a;
    newval += b;    // a common implementation
    return newval;
}

现在，如果我们将 RETURN_TYPE 设为引用，我们将返回对本地对象的引用，这是一个很好的-已知禁忌，因为函数外部不存在本地对象。所以我们唯一的选择就是返回一个值，即一个副本：

string operator +( const string & a, const string & b ) {
    string newval = a;
    newval += b;    // a common implementation
    return newval;
}

Answer 3

如果您希望运算符重载的行为类似于内置运算符，那么规则非常简单；该标准准确定义了内置运算符的行为方式，并将指示内置运算符的结果是右值还是左值。

您应该使用的规则是：

• 如果内置运算符返回一个rvalue，那么您的重载应该返回一个引用；
• 如果内置运算符返回一个lvalue，那么您的重载应该返回a value

但是，您的重载不需要返回与内置相同类型的结果，尽管这是您应该做的，除非您有充分的理由不这样做。

例如，KennyTM 在另一个答案的评论中指出，<< 和 >> 运算符的流重载返回对左操作数的引用，其中不是内置函数的工作方式。但流接口的设计者这样做是为了可以链接流 I/O。

Answer 4

根据运营商的不同，您可能必须按值返回。

当两者都可以使用时，就像在operator+=中一样，您可以考虑以下内容：

• 如果您的对象是不可变的，那么最好按值返回。
• 如果您的对象是可变的，那么最好通过引用返回。

Answer 5

通常，您在更改其所操作对象的值的操作中按引用返回，例如 = 或 +=。所有其他操作均按值返回。

不过，这更多的是经验法则。您可以以任何一种方式设计您的运算符。