Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Язык С++ предоставляет богатый набор операторов, а также определяет их назначение и применение к операндам встроенного типа. Он позволяет также определять назначение большинства операторов, операндами которых являются объекты классов. Эта глава посвящена операторам, определенным в самом языке и применяемым к операндам встроенных типов. Будут описаны также некоторые из операторов, определенных библиотекой. Определение операторов для собственных типов рассматривается в главе 14.

Выражение (expression) состоит из одного или нескольких операторов (operator) и возвращает результат (result) вычисления. Самая простая форма выражения — это одиночной литерал или переменная. Более сложные выражения формируются из оператора и одного или нескольких операндов (operand).

Существует несколько фундаментальных концепций, определяющих то, как обрабатываются выражения. Начнем с краткого обсуждении концепций, относящихся к большинству (если не ко всем) выражений. В последующих разделах эти темы рассматриваются подробней.

Существуют унарные операторы (unary operator) и парные операторы (binary operator). Унарные операторы, такие как обращение к адресу ( &) и обращение к значению ( *), воздействуют на один операнд. Парные операторы, такие как равенство ( ==) и умножение ( *), воздействуют на два операнда. Существует также (всего один) тройственный оператор (ternary operator), который использует три операнда, а также оператор вызова функции (function call), который получает неограниченное количество операндов.

Некоторые символы (symbol), например *, используются для обозначения как унарных (обращение к значению), так и парных (умножение) операторов. Представляет ли символ унарный оператор или парный, определяет контекст, в котором он используется. В использовании таких символов нет никакой взаимосвязи, поэтому их можно считать двумя разными символами.

Чтобы лучше понять порядок выполнения выражений с несколькими операторами, следует рассмотреть концепцию приоритета (precedence), порядка (associativity) и порядка вычисления (order of evaluation) операторов. Например, в следующем выражении используются сложение, умножение и деление:

5 + 10 * 20/2;

Операндами оператора *могли бы быть числа 10и 20, либо 10и 20/2, либо 15и 20, либо 15и 20/2. Понимание таких выражений и является темой следующего раздела.

В ходе вычисления выражения операнды нередко преобразуются из одного типа в другой. Например, парные операторы обычно ожидают операндов одинакового типа. Но операторы применимы и к операндам с разными типами, если они допускают преобразование (см. раздел 2.1.2) в общий тип.

Хотя правила преобразования довольно сложны, по большей части они очевидны. Например, целое число можно преобразовать в число с плавающей запятой, и наоборот, но преобразовать тип указателя в число с плавающей точкой нельзя. Немного неочевидным может быть то, что операнды меньших целочисленных типов (например, bool, char, shortи т.д.) обычно преобразуются (promotion) в больший целочисленный тип, как правило int. Более подробная информация о преобразованиях приведена в разделе 4.11.

Значение операторов для встроенных и составных типов определяет сам язык. Значение большинства операторов типов классов мы можем определить самостоятельно. Поскольку такие определения придают альтернативное значение существующему символу оператора, они называются перегруженными операторами (overloaded operator). Операторы >>и <<библиотеки ввода и вывода, а также операторы, использовавшиеся с объектами строк, векторов и итераторов, являются перегруженными операторами.

При использовании перегруженного оператора его смысл, а также тип операндов и результата зависят от того, как определен оператор. Однако количество операндов, их приоритет и порядок не могут быть изменены.

L- и r-значения

Каждое выражение в языке С++ является либо r-значением (r-value), либо l-значением (l-value). Эти названия унаследованы от языка С и первоначально имели простую мнемоническую цель: l-значения могли стоять слева от оператора присвоения, а r-значения не могли.

В языке С++ различие не так просто. В языке С++ выражение l-значения возвращает объект или функцию. Однако некоторые l-значения, такие как константные объекты, не могут быть левым операндом присвоения. Кроме того, некоторые выражения возвращают объекты, но возвращают их как r-, а не l-значения. Короче говоря, при применении объекта в качестве r-значения используется его значение (т.е. его содержимое). При применении объекта в качестве l-значения используется его идентификатор (т.е. его область в памяти).

Операторы различаются по тому, требуют ли они операндов l- или r-значения, а также по тому, возвращают ли они l- или r-значения. Важный момент здесь в том, что (за одним исключением, рассматриваемым в разделе 13.6) l-значение можно использовать там, где требуется r-значение, однако нельзя использовать r-значение там, где требуется l-значение (т.е. область). Когда l-значение применяется вместо r-значения, используется содержимое объекта (его значение). Мы уже использовали несколько операторов, которые задействовали l-значения.

• В качестве своего левого операнда оператор присвоения требует (неконстантного) l-значения и возвращает свой левый операнд как l-значение.

• Оператор обращения к адресу (см. раздел 2.3.2) требует в качестве операнда l-значение и возвращает указатель на свой операнд как r-значение.

• Встроенные операторы обращения к значению и индексирования (см. раздел 2.3.2 и раздел 3.5.2), а также обращение к значению итератора и операторы индексирования строк и векторов (см. раздел 3.4.1, раздел 3.2.3 и раздел 3.3.3) возвращают l-значения.

• Операторы инкремента и декремента, как встроенные, так и итератора (см. раздел 1.4.1 и раздел 3.4.1), требуют l-значения в качестве операндов. Их префиксные версии (которые использовались до сих пор) также возвращают l-значения.

Рассматривая операторы, следует обратить внимание на то, должен ли операнд быть l-значением и возвращает ли он l-значение.

L- и r-значения также различаются при использовании спецификатора decltype(см. раздел 2.5.3). При применении спецификатора decltypeк выражению (отличному от переменной) результатом будет ссылочный тип, если выражение возвращает l-значение. Предположим, например, что указатель pимеет тип int*. Поскольку обращение к значению возвращает l-значение, выражение decltype(*p)имеет тип int&. С другой стороны, поскольку оператор обращения к адресу возвращает r-значение, выражение decltype(&p)имеет тип int**, т.е. указатель на указатель на тип int.