Day6-2 成員訪問運算符重載（2025.03.25）

1. 復習

在上一節中，我們學習了 C++ 中的 輸入輸出流運算符重載（<< 和 >>） 以及 下標運算符 [] 和函數調用運算符 () 的重載。本節我們將重點學習 成員訪問運算符（-> 和 *）的重載。

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2. 成員訪問運算符重載

C++ 允許用戶自定義類的成員訪問方式，其中 ->（箭頭運算符）和 *（解引用運算符）是最常見的運算符之一。它們通常用于模擬智能指針或多層指針訪問。

2.1 箭頭運算符 (->) 重載

(1) 語法

class A {
public:B* operator->();
};

作用：

• 允許 A 類的對象 像指針一樣訪問 B 類的成員。
• 典型用途是在 封裝指針 的類（如智能指針）中重載 operator->，使得用戶無需手動解引用即可訪問目標對象的成員。

注意事項：

1. 返回值必須是一個指針或者引用，否則無法繼續訪問成員變量或函數。
2. 如果返回的是對象的引用，則可以實現多層 -> 重載。
3. operator-> 不能改變調用對象自身，因此通常 不應該聲明為 const 成員函數。

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2.2 解引用運算符 (*) 重載

(1) 語法

class A {
public:B& operator*();
};

作用：

• 允許 A 類的對象 像指針一樣進行解引用。
• 常見于智能指針的實現，使 *ptr 直接返回對象的引用，方便訪問其成員。

注意事項：

1. 返回值一般是引用（如 B&），這樣不會產生額外的拷貝。
2. 適用于 封裝指針 的類，如智能指針或代理類。

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3. 代碼分析

#include <iostream> 
using namespace std;class Data
{
public:Data(int data = 0):_data(data){cout << "Data(int data = 0)" << endl;}~Data(){cout << "~Data()" << endl; }int getData() const{return _data;}
private:int _data;
};class SecondLayer
{
public:SecondLayer(Data* pData):_pData(pData){cout << "SecondLayer(Data* pData)" << endl;}//重載 -> 運算符Data* operator->(){return _pData;}//解引用重載運算符Data& operator*(){return *_pData;}~SecondLayer(){cout << "~SecondLayer()" << endl;if (_pData){delete _pData;_pData = nullptr;}}private:Data* _pData;
};class ThirdLayer
{
public:ThirdLayer(SecondLayer* pSecond):_pSecond(pSecond){cout << "ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)" << endl;}//重載 -> 運算符SecondLayer& operator->() {return *_pSecond;}~ThirdLayer(){cout << "~ThirdLayer()" << endl;if (_pSecond){delete _pSecond;_pSecond = nullptr;}}private:SecondLayer* _pSecond;
};void test()
{/*Data* data = new Data(1);SecondLayer* second = new SecondLayer(data);ThirdLayer* third = new ThirdLayer(second);*/SecondLayer second(new Data(10));//棧對象//A類的對象調用B類的成員函數/*cout << "&second : " << &second << endl;cout << "second.operator->() :" << second.operator->() << endl;*///  重載operator->  cout << "second.operator->()->getData() :" << second.operator->()->getData() << endl;cout << "second->getData() :" << second->getData() << endl;//  重載operator* cout << "(*second).getData()" << (*second).getData() << endl;ThirdLayer third(new SecondLayer(new Data(30)));//棧對象cout << "third->getData() : " << third->getData() << endl;//還原cout << "third.operator->().operator->()->getData()" << third.operator->().operator->()->getData();
}int main(int argc, char** argv)
{test();test();return 0;
}

3.1 代碼結構

上面的代碼實現了一個 三層封裝 的指針代理類，分別是：

• Data：數據類，包含一個 _data 成員變量。
• SecondLayer：封裝 Data* 指針，并重載 operator-> 和 operator*。
• ThirdLayer：封裝 SecondLayer* 指針，并重載 operator->。

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3.2 代碼解析

(1) Data 類

class Data
{
public:Data(int data = 0) : _data(data){cout << "Data(int data = 0)" << endl;}~Data(){cout << "~Data()" << endl;}int getData() const{return _data;}
private:int _data;
};

• Data 類封裝了一個 int 類型的數據 _data，提供了 getData() 方法用于獲取數據值。
• 構造函數、析構函數用于跟蹤對象的創建和銷毀。

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(2) SecondLayer 類

class SecondLayer
{
public:SecondLayer(Data* pData) : _pData(pData){cout << "SecondLayer(Data* pData)" << endl;}// 重載 -> 運算符Data* operator->(){return _pData;}// 解引用運算符 *Data& operator*(){return *_pData;}~SecondLayer(){cout << "~SecondLayer()" << endl;if (_pData){delete _pData;_pData = nullptr;}}private:Data* _pData;
};

• 封裝 Data* 指針，并提供訪問 Data 成員的方式。
• operator->() 返回 _pData 指針，使得 SecondLayer 對象 可以像指針一樣使用 -> 訪問 Data 的方法。
• operator*() 返回 _pData 所指向的 Data 對象的引用，使 *second 直接返回 Data 對象。

示例：

SecondLayer second(new Data(10));
cout << second->getData() << endl;  // 等價于 second.operator->()->getData()
cout << (*second).getData() << endl; // 等價于 second.operator*().getData()

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(3) ThirdLayer 類

class ThirdLayer
{
public:ThirdLayer(SecondLayer* pSecond) : _pSecond(pSecond){cout << "ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)" << endl;}// 重載 -> 運算符SecondLayer& operator->(){return *_pSecond;}~ThirdLayer(){cout << "~ThirdLayer()" << endl;if (_pSecond){delete _pSecond;_pSecond = nullptr;}}private:SecondLayer* _pSecond;
};

• ThirdLayer 封裝了 SecondLayer* 指針，并提供 operator->() 使其 可以像 SecondLayer 一樣使用 -> 訪問 Data 的方法。
• 實現兩層 -> 重載，使得 ThirdLayer 可以連續訪問 Data 成員。

示例：

ThirdLayer third(new SecondLayer(new Data(30)));
cout << third->getData() << endl;  // 等價于 third.operator->().operator->()->getData()

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3.3 運行 test() 方法

void test()
{SecondLayer second(new Data(10));cout << "second->getData() :" << second->getData() << endl;cout << "(*second).getData()" << (*second).getData() << endl;ThirdLayer third(new SecondLayer(new Data(30)));cout << "third->getData() : " << third->getData() << endl;cout << "third.operator->().operator->()->getData() : " << third.operator->().operator->()->getData();
}

輸出：

Data(int data = 0)
SecondLayer(Data* pData)
second->getData() : 10
(*second).getData() : 10
Data(int data = 0)
SecondLayer(Data* pData)
ThirdLayer(SecondLayer* pSecond)
third->getData() : 30
third.operator->().operator->()->getData() : 30
~ThirdLayer()
~SecondLayer()
~Data()
~SecondLayer()
~Data()

• SecondLayer 允許訪問 Data 對象。
• ThirdLayer 允許訪問 SecondLayer，最終可訪問 Data。
• 多層指針訪問的代理模式生效，并且析構時正確釋放了內存。

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4. 總結

運算符	作用	適用場景	返回值類型
operator->()	允許對象像指針一樣訪問成員	智能指針、代理類	指針或引用
operator*()	允許對象像指針一樣解引用	智能指針、代理類	引用

關鍵點：

1. operator->() 需要返回指針或引用，可以連續調用 ->。
2. operator*() 需要返回對象的引用，避免拷貝，提高性能。
3. 適用于封裝指針的類，如智能指針和代理類。

本節學習了 成員訪問運算符 -> 和 * 的重載，掌握它們的用法可以更好地理解 智能指針 和 代理模式。