9. Предефиниране на операции

План:
Предефиниране на операции
Предефиниране на операции като обикновени функции
Предефиниране на операции като член-функции на клас
Възможности на езика С++ за предефиниране на операции
Свързан списък с предефинирани операции за итератора

***  Предефиниране на операции

 Даване на ново значение на операция се нарича предефиниране (operator overloading).
До сега използвани предефинирани операции:
<<, >> (потоци)
+ (събиране, конкатенация, адрeсна аритметика),
*, ++ (операции за итератори).

** Предефиниране на операции като обикновени функции

Операциите в С++ се предефинират за нови аргументи - обекти от даден потребителски клас. 
При предефиниране на бинарна операция, типът на поне един от аргументите трябва да е от този клас.
Аргументите на предефинирана операция са параметри на функцията за предефиниране.

Пример: За обекти от класа Time предефинираме операциите: -, +, ==, !=, <<, префиксна и постфиксна операция ++.

// overload.cpp
 
#include <iostream>
using namespace std;

#include "ccc_time.h"

long operator-(Time a, Time b);
Time operator+(Time a, long sec);
bool operator==(Time a, Time b);
bool operator!=(Time a, Time b);
ostream &operator<<(ostream &out, const Time &a);
Time operator++(Time &a);
Time operator++(Time &a, int dummy);

int main()
{  Time now;
   cout << "Now it is " << now << "\n";
   Time later = now + 1000;
   cout << "A thousand seconds later it is " << later << "\n";
 
   Time now2;
   if (now == now2)
      cout << "It still is " << now2 << "\n";
   if (now != now2)
      cout << "It is already " << now2 << "\n";
   cout << "Another " << later - now2 << " seconds until "
        << later << "\n";
 
   now = Time();
   cout << "Now it is " << now << "\n";
   cout << "One second later " << (++now) << "\n";
   cout << "The same time " << (now++);
   cout << " and 60 seconds later " << now << "\n";
   return 0;
}
/*
Now it is 11:42:51
A thousand seconds later it is 11:59:31
It still is 11:42:51
Another 1000 seconds until 11:59:31
Now it is 11:42:51
One second later 11:42:52
The same time 11:42:52 and 60 seconds later 11:43:52
*/

/* Предефиниране на бинарна операция - с аргументи от клас Time и стойност от тип long */
long operator-(Time a, Time b)
/* ЦЕЛ: пресмята броя на секундите между два момента от време
   ПОЛУЧАВА: a, b - два момента от време
   ВРЪЩА: броя на секундите между a и b
*/
{  return a.seconds_from(b);  
}

/* Предефиниране на бинарна операция + с аргументи от клас Time и тип long и стойност от клас Time */
Time operator+(Time a, long sec)
/* ЦЕЛ: пресмята момент от време, отдалечен на зададен брой секунди
   ПОЛУЧАВА: a - момент от време
   ВРЪЩА: момент от време, отдалечен на зададения брой секунди
*/
{  Time r = a;
   r.add_seconds(sec);
   return r; 
}

/* Предефиниране на бинарна операция == с аргументи от клас Time и стойност от тип bool */
   bool operator==(Time a, Time b)
/* ЦЕЛ: сравнява два момента от време
   ПОЛУЧАВА: a, b - два момента от време
   ВРЪЩА: true ако те са равни и false ако не са равни
*/
{  return a.seconds_from(b) == 0;  // return a - b == 0
}

/* Предефиниране на бинарна операция != с аргументи от клас Time и стойност от тип bool */
   bool operator!=(Time a, Time b)
/* ЦЕЛ: сравнява два момента от време
   ПОЛУЧАВА: a, b - два момента от време
   ВРЪЩА: true - ако те не са равни
*/
{  return a.seconds_from(b) != 0; 
}

/* Предефиниране на бинарна операция << с аргументи от клас ostream и клас Time и стойност от тип ostream */
   ostream &operator<<(ostream &out, const Time &a)
/* ЦЕЛ: отпечатва обект от тип Time
   ПОЛУЧАВА: out - изходен поток,  a - момент от време
   ВРЪЩА: входния параметър out
*/
{  out << a.get_hours() << ":";
   if (a.get_minutes() < 10) out << "0";
   out << a.get_minutes() << ":";
   if (a.get_seconds() < 10) out << "0";
   out << a.get_seconds();
 
   return out;   
}

/* Предефиниране на унарна операция - префиксна форма на ++ с аргумент от клас Time и стойност от клас Time */
Time operator++(Time &a)
/* ЦЕЛ: добавя към момент от време 1 секунда
   ПОЛУЧАВА: a - момент от време
   ВРЪЩА: новият момент от време и променя a
*/
{ a = a + 1;
  return a;
}

/* Предефиниране на унарна операция - постфиксна форма на ++ с аргумент от клас Time и стойност от клас Time */
Time operator++(Time &a, int dummy)
/* ЦЕЛ: добавя към момент от време 1 минута
   ПОЛУЧАВА: a - момент от време
   ВРЪЩА: непромененият момент от време и променя a
*/
{ Time b = a;
  a = a + 60;
  return b;
}

Компилаторът замества предефинираната операция с извикване на функцията, която я предефинира.
Аргументите на операцията са параметри на функцията за предефиниране на тази операция.

Пример: Операцията + в израза now + 1000 се замества с operator+(now, 1000).

** Предефиниране на операции като член-функции на клас

Първият аргумент на предефинираната операция е текущият обект (неявният параметър).
Унарна операция се предефинира с член-функция без параметри, бинарна операция се предефинира с член-фунция с един параметър.

Пример: Разширяваме класа Time в производен клас Time_new, като добавяме предефинирани операции. При декларации на функции имената на формалните параметри могат да не се пишат (пишат се само типовете на параметрите).
// overload1.cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

#include "ccc_time.h"

class Time_new : public Time {
public:
  int operator-(Time_new) const; // изминнали секунди между два момента от време
  Time_new operator+(int) const; // добавяне на секунди към даден момент
  bool operator==(Time_new) const; 
  bool operator!=(Time_new) const;
  Time_new operator++();           // prefix - добавяне на една секунда
  Time_new operator++(int);  // postfix - добавяне на една секунда
  friend ostream& operator<<(ostream&, Time_new); // отпечатване на момент (час:минути:секунди)            
};

/**
   Compute the number of seconds between two points in time.
   @param b another point in time
   @return the number of seconds that a is away from b
*/
int Time_new::operator-(Time_new b) const
{  
    return this->seconds_from(b);
}

/**
   Compute a point in time that is some number of seconds away.
   @param sec the seconds to add
   @return a point in time that is sec seconds away from a
*/
Time_new Time_new::operator+(int sec) const
{  
   Time_new r = *this;
   r.add_seconds(sec);
   return r;
}

/**
   Compare two points in time
   @param b another point in time
   @return true if they are the same
*/
bool Time_new::operator==(Time_new b) const
{  
   return this->seconds_from(b) == 0;
}

/**
   Compare two points in time.
   @param b another point in time
   @return true if they are the different
*/
bool Time_new::operator!=(Time_new b) const
{  
   return !(*this == b);
}

/**
   Prefix increment by 1 second.
   @return the new value
*/
Time_new Time_new::operator++()   // prefix
{  
   *this = *this + 1;
   return *this; 
}

/**
   Postfix increment by 1 second.
   @return the old value
*/    
Time_new Time_new::operator++(int dummy)  // postfix
{  
   Time_new t = *this;
   *this = *this + 1;
   return t;
}    

/**
   Print a Time object
   @param out an output stream
   @param a a point in time
   @return out
*/
ostream& operator<<(ostream& out, Time_new a)
{  
   out << a.get_hours() << ":"
      << setw(2) << setfill('0') 
      << a.get_minutes() << ":"
      << setw(2) << a.get_seconds() << setfill(' ');
   return out;
} 

int main()
{  
   Time_new now;
   cout << "now: " << now << endl;
   Time_new later = now + 1000;
   cout << "later: " << later << endl;
   Time_new now2;
   if (now == now2)
      cout << "now == now2: " << now2 << endl;
   if (now != now2)
      cout << "now != now2 " << now2 << endl;
   cout << "now++: " << now++ 
        << "  ++now2: " << ++now2 << endl;
   cout << "now: " << now << " now2: " << now2 << endl;
   cout << "later - now2: " << later - now2 << endl;   

   return 0;
}
nkirov@Kirils-MBP-5 cpp % c++ overload1.cpp ccc_time.cpp
nkirov@Kirils-MBP-5 cpp % ./a.out
now: 17:18:33
later: 17:35:13
now == now2: 17:18:33
now++: 17:18:33  ++now2: 17:18:34
now: 17:18:34 now2: 17:18:34
later - now2: 999

Компилаторът замества предефинираната операция с извикване на член-функцията, която я предефинира.
За бинарни операции левият аргумент на операцията е неявен параметър, а десният - явен параметър на член-функцията, която предефинира операцията.

Пример: Операцията + в израза now + 1000 се замества с now.operator+(1000).

Вариант на програмата без наследяване - предефиниране на операциите в класа Time (overload2.cpp).

*** Възможности на езика С++ за предефиниране на операции

Customizes the C++ operators for operands of user-defined types (operator overloading).
Всички предефинирани операции се заместват със съответните функции от компилатора и в изпълнимия код няма и следа от предефинирани операции.

*** Свързан списък с предефинирани операции

Сега можем да заменим функциите в класа Iterator за реализация на свързан списък (list2.cpp), които заместваха операциите от STL-реализацията  (list1.cpp) с предефинирани операции:

bool operator!=(Iterator a, Iterator b); /* външна за класа функция */
bool Iterator::operator!=(Iterator b);   /* член-функция */

string Iterator::get() const
{
   assert(position != NULL);
  return position->data;
}

string Iterator::operator*() const
{ 
   assert(position != NULL);
   return position->data; 
}

void Iterator::next()
{
  assert(position != NULL);
  position = position->next;
}

void Iterator::operator++(int dummy)
{ 
   assert(position != NULL);
   position = position->next;
}

void Iterator::previous()
{
  if (position == NULL)  position = last;
  else           position = position->previous;
  assert(position != NULL);
}

void Iterator::operator--(int dummy)
{ 
  if (position == NULL)  position = last;
   else           position = position->previous;
   assert(position != NULL);  
}

bool Iterator::not_equal(Iterator b) const
{
    return position != b.position;
}

bool Iterator::operator!=(Iterator b) const
{ 
    return position != b.position;  
}