C++运算符重载代码分析

0. 说明

通过示例代码，说明运算符重载的调用时机，以及printf的参数处理机制。

1. 示例代码

#include <cstdio>#include <iostream>class Foo {public:    explicit Foo(int v): value(v) {    }        operator int() {        std::cout << "int()" << std::endl;        return value * 3;    }    Foo operator+(const Foo& other) {        return Foo(value + other.value);    }private:    int value;};int main(){    Foo foo2(2);    Foo foo3(30);    Foo foo5 = foo2 + foo3;    printf("foo5: %d\n", foo5);    printf("foo5: %d\n", (int)foo5);    return 0;}

2. 运行结果

foo5: 32int()foo5: 96

3. 分析

3.1 调用运算符重载的时机

通过运行结果，发现第一个print语句，并没有将Foo对象转化成int类型，即没有如预期的调用Foo的operator int(()函数；而第二个print语句因为加了强制类型转换，所以会调用operator int()，运行结果也是符合预期的。

现在分析为什么第一个print语句出现了异常。

3.2 显示规定类型转换

在此之前，我们先做另外的一些示例分析。新增一个函数，并验证：

void print(int n){printf("n: %d\n", n);}int main(){    Foo foo2(2);    Foo foo3(30);    Foo foo5 = foo2 + foo3;    printf("foo5: %d\n", foo5);    printf("foo5: %d\n", (int)foo5);    print(foo5);    return 0;}

运行结果：

foo5: 32int()foo5: 96int()n: 96

即因为print()的入参是int类型，所以print(foo5)的时候，会自动调用Foo.operator int()。

3.3 printf对变长参数的处理策略

通过这种对比，基本上确定是printf()函数在处理Foo对象的时候，并没有如预期调用Foo.operator int()。原因何在呢？因为printf没有类型检查，在格式化的时候，遇到了%d，它就把foo5变量看做整型变量，刚好该变量的地址处，可以解析出整数，即foo5对象的成员变量value的值。截图如下：

为了进一步验证，我们在Foo中添加其它一些数据成员。代码如下：

#include <cstdio>#include <iostream>class Foo {public:    explicit Foo(int v): start(0x1234), value(v), end(0x5678) {    }        operator int() {        std::cout << "int()" << std::endl;        return value * 3;    }    Foo operator+(const Foo& other) {        return Foo(value + other.value);    }private:    int start;    int value;    int end;};void print(int n){printf("n: %d\n", n);}int main(){    Foo foo2(2);    Foo foo3(30);    Foo foo5 = foo2 + foo3;    printf("foo5: 0x%x\n", foo5);    printf("foo5: %d\n", (int)foo5);    print(foo5);    return 0;}

运行结果：

foo5: 0x1234int()foo5: 96int()n: 96

这个运行结果可以验证之前的分析（或猜想）。

3.4 运算符重载无关的验证示例

进一步地，我们撇开运算符重载，来观察printf对变长参数的检查机制。增加一个结构体的定义，并把结构体对象用%d进行打印。示例代码如下：

struct Point3D {    int x;    int y;    int z;};int main(){    Foo foo2(2);    Foo foo3(30);    Foo foo5 = foo2 + foo3;    printf("foo5: 0x%x\n", foo5);    printf("foo5: %d\n", (int)foo5);    print(foo5);    Point3D point = {3, 4, 5};    printf("point: %d\n", point);    return 0;}

在VS2005下，编译无任何告警和错误。运行结果：

foo5: 0x1234int()foo5: 96int()n: 96point: 3

4. Linux GCC

4.1 编译器对比

为了和VS2005对比，我们在Linux环境上做对比。可以看到这里有编译告警，说明比VS2005的编译器做得更好。——在VS2008上，同样没有warning。

flying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/operator_test$ g++ --versiong++ (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.This is free software; see the source for copying conditions.  There is NOwarranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.flying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/operator_test$ g++ test.cctest.cc: In function ‘int main()’:test.cc:40:32: warning: format ‘%x’ expects argument of type ‘unsigned int’, but argument 2 has type ‘Foo’ [-Wformat=]     printf("foo5: 0x%x\n", foo5);                                ^test.cc:45:32: warning: format ‘%d’ expects argument of type ‘int’, but argument 2 has type ‘Point3D’ [-Wformat=]     printf("point: %d\n", point);                                ^flying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/operator_test$ ./a.out foo5: 0x1234int()foo5: 96int()n: 96point: 3flying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/operator_test$ 

4.2 不要忽视编译器告警

谈到printf，我们顺便看一个案例，这是曾经所在的一个项目组中出现过的。当时造成的故障是设备反复重启，为了定位该问题，团队曾经花了不少时间。

代码如下：

#include <stdio.h>int main(){    int error_code = 1;    printf("error code: %s\n", error_code);    return 0;}

这里简单的几行代码，是嵌入在当时所在项目（某个模块）数千行中的一部分。结合了本文的讨论，且代码只抽象出了这几行，所以还是容易看出问题所在。

编译、运行的情况：

flying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/printf_warning$ gcc test.ctest.c: In function ‘main’:test.c:7:5: warning: format ‘%s’ expects argument of type ‘char *’, but argument 2 has type ‘int’ [-Wformat=]     printf("error code: %s\n", error_code);     ^flying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/printf_warning$ ./a.out Segmentation faultflying-bird@flyingbird:~/examples/cpp/printf_warning$ 

运行这个小程序是段错误，当当时在设备上体现的就是反复重启。

另外可以看到，在Linux上面是有warning的，指出了错误所在。因为当初该代码在其他的代码中间，且遗留代码没有清空warning，然后新加入的代码也没有去关注warning，所以问题就这么流到后续环节。

这里体现的一个要点就是：千万别忽视编译告警。

作为对比，作者之前曾经经历过另外一个C++跨平台项目，当时的代码规模是5~6万行（NBNC）的规模，因为对代码质量非常关注，所以从项目一开始就构建了完善的CI环境，包括TDD、Code/Function Coverage等度量，另外还包括的一项就是实时清空warning。只要编译出现了warning，就会在CI中体现出现，自然也会在第一时间处理掉，低级问题想要漏到下一个环节是非常困难的。

当时这个项目（C++部分）有10人左右，实现的是真敏捷（包括很多公司没有实现的Pair Programming我们开展得也很好），每天每个人都是非常频繁地代码上库，且从未出现重大功能问题。

5. 其它

关于class对象的布局，可以参考《深入探索C++对象模型》，其第一章《关于对象》就有基本的介绍。