C++运算符重载与无名对象引用问题的一点思考

问题的发现

今天复习C++运算符重载时候的意外发现：关于类的临时对象以及引用的一些思考。来源于C++程序设计（小红书）上给出了“+”号运算符重载的样例。

基本知识回顾

重载运算符的习惯

  • C++规定，赋值运算符=、下标运算符[]、函数调用运算符()、成员运算符->必须作为成员函数。
  • 流插入运算符<< 和流提取运算符 >>、类型转换运算符不能定义为类的成员函数，只能作为友元函数。
  • 一般将单目运算符和复合运算符重载为成员函数
  • 一般将双目运算符重载为友元函数。 ## Next So 根据上述的习惯，我对着屏幕敲了书上的样例的类定义的代码。
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class Complex
{
    public:
        Complex() {
            real=0;
            imag=0;
        }
        Complex(double d){
			real=d;
			imag=0;
		}
        Complex(double r,double i){
			real =r;
			imag=i;
		}
		friend Complex operator + (Complex &a,Complex &b);
		friend ostream& operator << (ostream &,Complex &); 
	private:
		double real;
		double imag;
};

Complex operator +(Complex &a,Complex &b)
{
	Complex temp;
	temp.real=a.real+b.real;
	temp.imag=a.imag+b.imag;
	return temp;
}

ostream& operator << (ostream& output,Complex &a )
{
	cout<<"("<<a.real<<","<<a.imag<<"i)";
	return output;
}

int main()
{
	Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;
	c3=c1+4.0;
	cout<<c3<<endl;
	c3=c3+c1;
	cout <<c3<<endl;
}

写完感觉看着是没什么问题对吧（我真觉的没什么问题）。 然而运行了一下就报错了，那...报什么错了？

[Error] no match for 'operator+' (operand types are 'Complex' and 'double')
[Note] candidates are:
[Note] Complex operator+(Complex&, Complex&)
[Note] no known conversion for argument 2 from 'Complex' to 'Complex&'

哦哦看了下报错，原来是重载函数写的问题，我先去查了一下代码。

课本上给出的重载运算符声明和定义是：

friend Complex operator + (Complex a,Complex b);
...

我自己看走眼敲成了：

friend Complex operator + (Complex &a,Complex &b);
...

看出问题在哪了么？没错就是一个"&"的差别，即形参是Complex类对象的引用还是Complex类对象。

问题展开与解决

去掉"&"后程序果然可以正常运行的。不过我考虑了一下程序的实现过程，不对啊，一个简单的相加，我传递一个类对象的引用 不应该出现什么问题啊，"+"本身又不会对引用的对象进行什么操作，返回类型是一个Complex类的对象。问题出现在哪里了？

一些奇葩（正经）的实验

于是乎我把之前写的简单的"+"重载的程序，函数的形参都改为对象的引用，再运行。结果更奇怪了，除了上述程序，都没有报错。 这个程序又独特在哪里了？

问题点

再返回去读一读程序，这个样例用到了转换构造函数。

c3=c1+4.0;

在保留注释掉以后程序果然可以正常运行了，问题确实出现在这里。既然是转换构造函数的问题，隐式调用（默认执行的）方式不可行，那我试一试显式的

c3=c1+Complex(4.0);

然而...报错依旧，只有微小的变化

[Error] no match for 'operator+' (operand types are 'Complex' and 'Complex')

对照之前的

[Error] no match for 'operator+' (operand types are 'Complex' and 'double')

原来最开始的程序并没有成功的调用转换构造函数。编译器没有检测到？ 看来是哪里出了什么之前没考虑过的问题。

思考

（不摔桌！不摔桌！冷静！）如果通过引用进行参数传递，可以免去建立实参的拷贝，空间和时间上都可以得到优化， 逻辑推理一下，那这种传参的方式应该被推行啊，相近的例子就是流提取和流插入运算符的重载，第二个参数都是自定义类的引用。

那...为何"+"的重载不采用这种方式呢？看来是有问题的，结合之前的实验，在不出现转换构造函数调用的情况下，形参为引用是行得通的。 看来这个问题和转换构造函数也相关。

再回过头来看报错信息

[Error] no match for 'operator+' (operand types are 'Complex' and 'Complex')
[Note] candidates are:
[Note] Complex operator+(Complex&, Complex&)
[Note] no known conversion for argument 2 from 'Complex' to 'Complex&'

最后一句：Complex到Complex&转换出了问题，这个比较稀奇。从类对象到类对象的引用不应该是顺理成章的事情么，别名而已。Emm问题就在这个别名身上

引用<->别名

转换构造函数出现的无名对象

转换构造函数是构造函数的重载，在使用转换构造函数的过程中，我们可以建立一个有名对象，也可以建立一个无名对象。 书上中的代码样例

Complex c1(3.5); //调用转换构造函数建立对象c1
Complex(3.6); //调用转换构造函数建立无名对象，合法，但无法使用。

就是这个无名对象的锅，我们回过头来看最开始发现的问题点：

c3=c1+Complex(4.0);

由于Complex(4.0)建立的是一个无名对象，而采用我错误写出的以引用作为形参的 "+"运算符重载，会发生什么？没有名字，自然无法引用啊。 这也就解释了报错信息为什么Complex到Complex&转换出了问题。无名的对象无法建立引用（没名字你怎么给它找个别名）。

事后诸葛亮

根据简单的实验其实能得到一些结论 - 涉及转换构造函数的运算符重载，形参都应该是类对象而不是类对象的引用。 - C++自己实现的"="应该也是用类对象作形参，因为 c1=Complex(3.6); 这一句是可以正常执行的。

算作对引用以及构造函数的一个探索吧:)