C++知识点42——下标运算符[]的重载及string类的实现

一、下标运算符的重载

1.概念

如果一个类表示容器，那么要重载下标运算符[]，下标运算符必须是成员函数。下表访问运算符通常要有一个const版本和一个非const版本。如果不定义const版本，那么const对象将无法调用下表运算符。非const版本返回对应位置的引用，const版本返回常量对象的引用

2.示例

通过实现一个string类来熟悉下标运算符的重载

string类的整体结构如下

#include <utility>
#include <iostream>
#include <cstring>using namespace std;class mystring
{
friend istream &operator>>(istream &is, mystring &data);
friend ostream &operator<<(ostream &os, const mystring &data);public:mystring();mystring(const char *str);mystring(const mystring &rval);mystring &operator=(const mystring &rval);char &operator[](size_t n);const char &operator[](size_t n) const;size_t size() const;const char *c_str() const;void swap(mystring &t);~mystring();private:char *data_;
};istream &operator>>(istream &is, mystring &data);
ostream &operator<<(ostream &os, const mystring &data);

具体实现如下和测试

#define _GLIBCXX_DEBUG#include "mystring.h"mystring::mystring():data_(new char[1])
{cout<<"mystring()"<<endl;data_[0]='\0';
}mystring::mystring(const char *str):data_(new char[strlen(str)+1])
{cout<<"mystring(const char *str)"<<endl;strcpy(data_, str);
}mystring::mystring(const mystring &rval):data_(new char[rval.size()+1])
{cout<<"mystring(const mystring &t)"<<endl;strcpy(data_, rval.c_str());
}mystring & mystring::operator=(const mystring &rval)
{cout<<"operator=(const mystring &rval)"<<endl;mystring t(rval);this->swap(t);return *this;
}char & mystring::operator[](size_t n)
{cout<<"operator[](size_t n)"<<endl;return data_[n];
}const char & mystring::operator[](size_t n) const
{cout<<"operator[](size_t n) const"<<endl;return data_[n];
}size_t mystring::size() const
{cout<<__func__<<endl;return strlen(data_);
}const char *mystring::c_str() const
{cout<<__func__<<endl;return data_;
}void mystring::swap(mystring &t)
{cout<<__func__<<endl;std::swap(this->data_, t.data_);
}mystring::~mystring()
{cout<<"~mystring()"<<endl;delete data_[];
}istream &operator>>(istream &is, mystring &data)
{cout<<__func__<<endl;is>>data.data_;return is;
}ostream &operator<<(ostream &os, const mystring &data)
{cout<<__func__<<endl;os<<data.data_;return os;
}int main(int argc, char const *argv[])
{mystring t1("1234"), t2("5678");mystring t3=t1;cout<<t2<<t3<<endl;cout<<t2.size()<<endl;t1.swap(t2);cout<<t1<<t2<<endl;mystring t;t=t2;cout<<t<<endl;const mystring t4=t;cout<<t[2]<<t4[1]<<endl;return 0;
}

上述代码中，mystring类实现了两个版本的operator[]

char & mystring::operator[](size_t n)
{cout<<"operator[](size_t n)"<<endl;return data_[n];
}const char & mystring::operator[](size_t n) const
{cout<<"operator[](size_t n) const"<<endl;return data_[n];
}

都返回的是对应位置的元素的引用。表面看起来，这两个函数的函数名相同，形参列表也相同，好像是违背了函数重载的规则，但是实际上这两个函数的形参列表是不同的

因为operator[]是成员函数，，形参列表中都隐式的存在一个指向创建对象的this指针，非const版本的operator[]的this的类型是mystring *const this，所以，非常量的mystring对象可以调用非常量版本的operator[]

而const版本的operator[]的this的类型是const mystring *const this，所以不仅得永远指向创建对象，而且还要求指向的创建对象不能更改，所以只有const mystring的对象可以调用const版本的operator[]

因为二者的this形参类型不同，所以可以重载成功

关于const函数，见博客https://blog.csdn.net/Master_Cui/article/details/106885048

此外，mystring关于operator=的实现使用了swap，而不是将delete原来的对象，然后再重新创建对象

void mystring::swap(mystring &t)
{cout<<__func__<<endl;std::swap(this->data_, t.data_);
}mystring & mystring::operator=(const mystring &rval)
{cout<<"operator=(const mystring &rval)"<<endl;mystring t(rval);this->swap(t);return *this;
}

类不用自定义swap成员，但是如果一个类含有动态分配内存的操作，那么swap可能就是一个优化的手段。上述代码通过自定义swap，只是改变了两个指针的指向对象，而指向的对象并不需要重新分配内存。

减少了动态分配内存和销毁指向对象的次数

参考

https://github.com/chenshuo/recipes/blob/master/string/StringTrivial.h

《C++ Primer》

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