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auteur :
Marshall Cline |
Cela permet de fournir une façon intuitive d'utiliser les interfaces de vos classes aux utilisateurs. De plus, cela permet aux templates
de travailler de la même façon avec les classes et les types de base.
La surcharge d'opérateur permet aux opérateurs du C++ d'avoir une signification spécifique quand ils sont appliqués à des types
spécifiques. Les opérateurs surchargés sont un "sucre syntaxique" pour l'appel des fonctions :
class Fred {
public:
...
};
#if 0
Fred add(const Fred& x, const Fred& y);
Fred mul(const Fred& x, const Fred& y);
Fred f(const Fred& a, const Fred& b, const Fred& c)
{
return add(add(mul(a,b), mul(b,c)), mul(c,a));
}
#else
Fred operator+ (const Fred& x, const Fred& y);
Fred operator* (const Fred& x, const Fred& y);
Fred f(const Fred& a, const Fred& b, const Fred& c)
{
return a*b + b*c + c*a;
}
#endif |
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auteur :
Marshall Cline |
Surcharger les opérateurs standards permet de tirer parti de l'intuition des utilisateurs de la classe. L'utilisateur va en effet
pouvoir écrire son code en s'exprimant dans le langage du domaine plutôt que dans celui de la machine.
Le but ultime est de diminuer à la fois le temps d'apprentissage et le nombre de bugs.
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auteur :
Marshall Cline |
Parmi les nombreux exemples que l'on pourrait citer :
- myString + yourString pourrait servir à concaténer deux objets string
- myDate++ pourrait servir à incrémenter un objet Date
- a * b pourrait servir à multiplier deux objets Number
- a[ i ] pourrait donner accès à un élément contenu dans un objet Array
- x = *p pourrait déréférencer un "pointeur intelligent" qui "pointerait" en fait sur un enregistrement sur disque —
le déréférencement irait chercher l'enregistrement sur le disque, le lirait, et le stockerait dans x.
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auteur :
Marshall Cline |
La surcharge d'opérateur facilite la vie des utilisateurs d'une classe, mais pas celle du développeur de la classe !
Prenez l'exemple suivant :
class Array {
public:
int& operator[] (unsigned i);
};
inline int& Array::operator[] (unsigned i)
{
} |
Certains programmeurs n'aiment pas le mot-clé operator ni la syntaxe quelque peu bizarre que l'on doit utiliser dans le corps même de
la classe. La surcharge d'opérateur n'est pas faite pour faciliter la vie du développeur de la classe, mais est faite pour faciliter
la vie de l'utilisateur de la classe :
int main()
{
Array a;
a[3] = 4;
} |
Souvenez que dans un monde orienté réutilisation, vos classes ont des chances d'être utilisées par de nombreux programmeurs alors que
leur construction incombe à vous et à vous seul. Donc, favorisez le plus grand nombre même si ça rend votre tâche plus difficile.
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auteur :
Marshall Cline |
La plupart des opérateurs peuvent être surchargés. Les seuls opérateurs C que l'on ne peut pas surcharger sont . et ?: (et aussi sizeof,
qui techniquement est un opérateur). C++ vient avec quelques opérateurs supplémentaires, dont la plupart peuvent être surchargés à
l'exception de ::, typeid et de .*
Voici un exemple de surcharge de l'opérateur d'indexation (qui renvoie une référence). Tout d'abord, sans surcharge :
class Array {
public:
int& elem(unsigned i)
{
if (i > 99)
error();
return data[i];
}
private:
int data[100];
};
int main()
{
Array a;
a.elem(10) = 42;
a.elem(12) += a.elem(13);
} |
Le même exemple, cette fois-ci avec la surcharge :
class Array {
public:
int& operator[] (unsigned i)
{
if (i > 99)
error();
return data[i];
}
private:
int data[100];
};
int main()
{
Array a;
a[10] = 42;
a[12] += a[13];
} |
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auteur :
Marshall Cline |
Non, car au moins l'un des deux opérandes d'un opérateur surchargé doit être d'un type utilisateur (c'est-à-dire une class dans la
majorité des cas).
Et même si C++ permettait cela (il ne le permet pas), vous auriez tout intérêt à utiliser la classe string qui est bien plus adaptée qu'un tableau de caractères.
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auteur :
Marshall Cline |
Non.
Le nom, la précédence, l'associativité et l'arité (le nombre d'opérandes) d'un opérateur sont fixés par le langage. Et C++ n'ayant pas
d'operator**, une classe ne peut à fortiori pas en avoir.
Si vous en doutez, sachez que x ** y est en fait équivalent à x * (*y) (le compilateur considère que y est un pointeur). En outre,
la surcharge d'opérateur est juste un sucre syntaxique qui est là pour remplacer avantageusement les appels de fonction. Et ce sucre
syntaxique, même s'il est bien utile, n'apporte rien de fondamental. Dans le cas qui nous intéresse ici, je vous suggère de surcharger
la fonction pow(base,exposant) (<cmath> contient une version double précision de cette fonction).
Notez en passant que l'operator^ pourrait faire l'affaire pour "x à la puissance y", à ceci près qu'il n'a ni la bonne précédence ni la
bonne associativité.
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auteur :
Marshall Cline |
Utilisez l'operator() plutôt que l'operator[].
La méthode la plus propre dans le cas d'indexes multiples consiste à utiliser l'operator() plutôt que l'operator[]. La raison en est
que l'operator[] prend toujours un et un seul paramètre, alors que l'operator() peut lui prendre autant de paramètres qu'il est
nécessaire (dans le cas d'une matrice rectangulaire, vous avez besoin de deux paramètres).
class Matrix {
public:
Matrix(unsigned rows, unsigned cols);
double& operator() (unsigned row, unsigned col);
double operator() (unsigned row, unsigned col) const;
...
~Matrix();
Matrix(const Matrix& m);
Matrix& operator= (const Matrix& m);
...
private:
unsigned rows_, cols_;
double* data_;
};
inline Matrix::Matrix(unsigned rows, unsigned cols)
: rows_ (rows)
, cols_ (cols)
{
if (rows == 0 || cols == 0)
throw BadIndex("Matrix constructor has 0 size");
data_ = new double[rows * cols];
}
inline Matrix::~Matrix()
{
delete[] data_;
}
inline double& Matrix::operator() (unsigned row, unsigned col)
{
if (row >= rows_ || col >= cols_)
throw BadIndex("Matrix subscript out of bounds");
return data_[cols_*row + col];
}
inline double Matrix::operator() (unsigned row, unsigned col) const
{
if (row >= rows_ || col >= cols_)
throw BadIndex("const Matrix subscript out of bounds");
return data_[cols_*row + col];
} |
Ainsi, l'accès à un élément de la Matrix m se fait en utilisant m(i,j) plutôt que m[j]:
int main()
{
Matrix m(10,10);
m(5,8) = 106.15;
std::cout << m(5,8);
} |
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auteur :
Marshall Cline |
De quoi cette question traite-t-elle exactement? Certains programmeurs créent des classes Matrix et leur donnent un operator[] qui
renvoie une référence à un objet Array, objet Array qui lui-même possède un operator[] qui renvoie un élément de la matrice (par exemple,
une référence sur un double). Ça leur permet d'accéder aux éléments de la matrice en utilisant la syntaxe m[j] plutôt qu'une syntaxe
de type m(i,j) .
Cette solution de tableau de tableaux fonctionne, mais elle est moins flexible que la solution basée sur l'operator() . En effet,
l'approche utilisant l'operator() offre certaines possibilités d'optimisation qui sont plus difficilement implémentables avec l'approche
operator[][]. Cette dernière approche est donc plus susceptible de causer, au moins dans un certain nombre de cas, des problèmes de
performances.
Pour vous donner un exemple, la façon la plus simple d'implémenter l'approche operator[][] consiste à représenter physiquement la matrice
comme une matrice dense stockant ses éléments en ligne (ou bien est-ce plutôt un stockage en colonne, je ne m'en souviens jamais).
L'approche utilisant l'operator() cache elle complètement la représentation physique de la matrice, ce qui peut dans certains cas donner
de meilleures performances.
En résumé : l'approche basée sur l'operator() n'est jamais moins bonne et s'avère parfois meilleure que l'approche operator[][].
- L'approche operator() n'est jamais moins bonne car il est facile de l'implémenter en utilisant la représentation physique
"matrice dense - stockage en ligne". Et donc dans les cas où cette représentation physique est la plus adaptée d'un point de
vue performance, l'approche operator() est aussi facile à implémenter que l'approche operator[][] (il se pourrait même que
l'approche operator() soit légèrement plus facile à implémenter, mais je ne vais pas pinailler).
- L'approche operator() s'avère parfois meilleure car à partir du moment où la représentation physique optimale n'est pas la
représentation "matrice dense - stockage en ligne", il est le plus souvent sensiblement plus facile d'implémenter l'approche operator()
que l'approche operator[][].
J'ai travaillé récemment sur un projet qui a illustré l'importance de la différence que peut faire le choix de la représentation physique.
L'accès aux éléments de la matrice y était fait colonne par colonne (l'algorithme accédait aux éléments d'une colonne, puis de la
suivante, etc.), et dans ce cas, une représentation physique en ligne risquait de diminuer l'efficacité de la mémoire cache. En effet,
si les lignes sont presque aussi grosses que la taille du cache du processeur, chaque accès à l'élément suivant dans la colonne va
demander à ce que la ligne suivante soit chargée dans le cache, ce qui fait perdre l'avantage que procure un cache. Sur ce projet, nous
avons gagné 20% en performance en découplant la représentation logique de la matrice (ligne, colonne) de sa représentation physique
(colonne, ligne).
Des exemples de ce type, on en trouve en quantité en calcul numérique et quand on s'attaque au vaste sujet que représentent les matrices
creuses. Au final, puisqu'il est en général plus facile d'implémenter une matrice creuse ou d'inverser l'ordre des lignes et des colonnes
en utilisant l'operator(), vous n'avez rien à perdre et possiblement quelque chose à gagner à utiliser cette approche.
Utilisez l'approche basée sur l'operator()
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auteur :
Marshall Cline |
Via un paramètre bidon.
Etant donné que ces opérateurs peuvent avoir deux définitions, le C++ leur donne deux signatures différentes. Les deux s'appellent
operator ++(), mais la version pré-incrémentation ne prend pas de paramètre, et l'autre prend un entier bidon. Nous traiterons ici
le cas de ++, mais l'opérateur -- se comporte de façon similaire. Tout ce qui s'applique à l'un s'applique donc à l'autre.
class Number {
public:
Number& operator++ ();
Number operator++ (int);
}; |
A remarquer : la différence des types de retour. La version préfixée renvoie par référence, la postfixée par valeur. Si cela semble
inattendu, ce sera tout à fait logique après avoir examiné les définitions (vous vous souviendrez ensuite que y = x++ et y = ++x affectent
des résultats différents à y).
Number& Number::operator++ ()
{
return *this;
}
Number Number::operator++ (int)
{
Number ans = *this;
++(*this);
return ans;
} |
L'autre possibilité pour la version postfixée est de ne rien renvoyer :
class Number {
public:
Number& operator++ ();
void operator++ (int);
};
Number& Number::operator++ ()
{
return *this;
}
void Number::operator++ (int)
{
++(*this);
} |
Attention, il ne faut pas que la version postfixée renvoie l'objet 'this' par référence, vous aurez été prévenus.
Voici comment utiliser ces opérateurs :
Supposant que les types de retour ne sont pas void, on peut les utiliser dans des expressions plus complexes
Number x = ;
Number y = ++x;
Number z = x++; |
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auteur :
Marshall Cline |
++i est parfois plus rapide que i++, mais en tout cas n'est jamais plus lent.
Pour les types de base comme les entiers, cela n'a aucune importance : i++ et ++i sont identiques point de vue rapidité. Pour des types
manipulant des classes, comme les itérateurs par exemple, ++i peut être plus rapide que i++ étant donné que ce dernier peut prendre une
copie de l'objet 'this.'
la différence, pour autant qu'il y en ait une n'aura aucune influence à moins que votre application soit très dépendante de la vitesse
du CPU. Par exemple, si votre application attend la plupart du temps que l'utilisateur clique sur la souris, ou qu'elle fasse des accès
disques, ou des accès réseau, ou des recherches dans une base de données, cela ne risque pas de poser problème que de perdre quelques
cycles CPU.
Si vous écrivez i++ comme une instruction isolée plutôt que comme une partie d'une expression plus complexe, pourquoi ne pas plutôt écrire
++i ? Vous ne perdrez jamais rien, et parfois même vous y gagneriez quelque chose. Les programmeurs habitués à faire du C ont l'habitude
d'écrire i++ plutôt que ++i. Par exemple, ils écrivent
for (i = 0; i < 10; i++) .... |
Comme cette expression utilise i++ comme une instruction isolée, nous pourrions tout à fait écrire ++i à la place. Pour des raisons de
symétrie, j'ai une préférence pour ce style même si cela n'apporte rien au point de vue performance.
De toute évidence, quand i++ apparaît en tant que partie d'une expression plus complexe, la situation est différente : il est utilisé
parce que c'est la seule solution logique et correcte et non pas parce qu'il s'agit d'une habitude héritée de l'époque ou l'on codait du C.
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auteur :
Marshall Cline |
Une auto-affectation a lieu quand quelqu'un affecte un objet à lui-même.
#include "Fred.hpp"
void userCode(Fred& x)
{
x = x;
} |
Bien évidemment, personne n'écrit du code pareil, mais parce que des pointeurs ou des références distinctes peuvent désigner le même
objet (c'est l'aliasing), des auto-affectations peuvent avoir lieu derrière votre dos.
void userCode(Fred& x, Fred& y)
{
x = y;
}
int main()
{
Fred z;
userCode(z, z);
return 0;
} |
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auteur :
Marshall Cline |
Si vous ne prenez pas en compte le cas de l'auto-affectation, vous exposez les utilisateurs de vos classes à des bugs subtils qui peuvent
avoir des conséquences désastreuses. Par exemple, l'affectation d'un objet de la classe ci-dessous à lui-même va poser un très gros
problème.
class Wilma
{
};
class Fred {
public:
Fred() : p_(new Wilma()) { }
Fred(const Fred& f) : p_(new Wilma(*f.p_)) { }
~Fred() { delete p_; }
Fred& operator= (const Fred& f)
{
delete p_;
p_ = new Wilma(*f.p_);
return *this;
}
private:
Wilma* p_;
}; |
Si quelqu'un assigne un objet de type Fred à lui-même, la ligne 1 va détruire à la fois this->p_ et f.p_ puisque *this et f désignent
ici le même objet. Juste derrière, la ligne 2 utilise *f.p_, mais cet objet n'est plus valide puisqu'il a été détruit. Inutile de vous
dire que cette utilisation risque fort de s'avérer catastrophique.
Retenez qu'il est votre responsabilité, en tant qu'auteur de la classe Fred, de garantir que l'affectation d'un objet de type Fred à
lui-même ne pose pas de problèmes. Ne partez pas du principe que les utilisateurs de vos classes ne feront jamais ce genre
d'affectation. Et ce sera de votre faute si un objet de votre classe fait crasher le programme dans le cas où on l'affecte à lui-même.
Notez aussi que dans l'exemple ci-dessus, l'opérateur Fred::operator= (const Fred&) contient un autre bug : Si une exception est
lancée lors de l'évaluation de new Wilma(*f.p_) (par exemple, une exception plus-de-mémoire ou une exception lancée par le constructeur
par copie de Wilma), this->p_ va se retrouver pointant sur de la mémoire qui n'est plus valide. La solution consiste à allouer les
nouveaux objets avant de détruire les anciens.
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auteur :
Marshall Cline |
Vous devez vous poser la question de l'auto-affectation à chaque fois que vous créez une classe. Mais ça ne veut pas dire qu'il est
nécessaire que vous ajoutiez du code à toutes vos classes : ajouter du code n'est pas utile si vos objets peuvent être assignés à
eux-mêmes sans que cela pose un problème.
Si vous devez modifier votre opérateur d'affectation, voici une technique simple et efficace :
Fred& Fred::operator= (const Fred& f)
{
if (this == &f) return *this;
return *this;
} |
Ce test explicite n'est pas toujours nécessaire. Par exemple, si vous vouliez corriger l'opérateur d'affectation de la question précédente
de façon que les exceptions lancées par new et/ou les exceptions lancées par le constructeur de copie de la classe Wilma
soient gérées correctement, vous écririez le code suivant. Et notez que ce code a pour (agréable) effet de bord de traiter correctement
le cas de l'auto-affectation :
Fred& Fred::operator= (const Fred& f)
{
Wilma* tmp = new Wilma(*f.p_);
delete p_;
p_ = tmp;
return *this;
} |
Dans un cas comme ci-dessus (où l'auto-affectation est sans danger mais inefficace), certains programmeurs veulent quand même ajouter
"if (this == &f) return *this;" pour obtenir de meilleures performances dans le cas d'une auto-affectation. C'est la plupart du
temps un mauvais choix, car si une auto-affectation a lieu une fois sur mille, alors le if consommera inutilement des cycles processeur
dans 99,9% des cas.
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