Перегрузка функций. Подставляемые (встраиваемые) функции

В языке С++ реализована возможность использования одного идентификатора для функций, выполняющих различные действия над различными типами данных, в результате чего можно использовать несколько функций с одним и тем же именем, но с разными списками параметров, как по количеству, так и по типу.

Такие функции называют перегруженными , а сам механизм –перегрузка функций .

Компилятор определяет, к какой из функций с одним и тем же именем следует обратиться путем сравнения типов фактических аргументов с типами формальных параметров в заголовках всех этих функций, т.е. компилятор в зависимости от типа и количества аргументов будет формировать необходимое обращение к соответствующей функции.

Поиск функции, которую надо вызвать, осуществляется за три отдельных шага:

1. Поиск функции с точным соответствием параметров и ее использование, если она найдена.

2. Поиск соответствующей функции, используя встроенные преобразования типов данных.

3. Поиск соответствующей функции, используя преобразования, определенные пользователем.

Пример перегрузки функций

Приведем пример функции S 1 с двумя параметрамих ,у , работающая в зависимости от типа передаваемых аргументов, следующим образом:

– если тип параметров целочисленный, функция S 1 складывает их значения и возвращает полученную сумму;

– если тип параметров long , функцияS 1 перемножает их значения и возвращает полученное произведение;

– если тип параметров вещественный, функция S 1 делит их значения и возвращает частное от деления.

# include

int S1 (int x, int y) {

long S1 (long x, long y) {

double S1 (double x, double y) {

int a = 1, b = 2, c;

long i = 3, j = 4, k;

double x = 10, y = 2, z;

printf("\n c = %d; k = %ld; z = %lf . \n", c, k, z);

В результате получим:

c = 3; k = 12; z = 5.000000 .

Функции с переменным числом параметров

Многоточие в списке параметров пользовательской функции используется тогда, когда число аргументов заранее неизвестно. При этом неопределенное количество параметров можно указать в ее прототипе следующим образом:

void f1 (int a , double b , …);

Такая запись указывает компилятору на то, что за обязательными фактическими аргументами для параметров a иb могут следовать, а могут и не следовать другие аргументы при вызове этой функции.

Перечислим основные особенности использования данного механизма.

1. Используется несколько макрокоманд для доступа к параметрам таких функций, это:

va _ list иva _ start – макрокоманды подготовки доступа к параметрам;

va _ arg – использование параметров;

va _ end – отчистка перед выходом.

Они объявлены в заголовочном файле stdarg . h .

2. Такая функция должна иметь минимум один параметр (именованный) для передачи ей количества передаваемых аргументов.

3. Для макроса va _ start необходимо передать два аргумента – имя списка параметров, который задаетva _ list и их количество.

4. Нарушать указанный порядок макрокоманд нельзя. Иначе можно получить непредсказуемые последствия.

5. Для макроса va _ arg нужно помимо имени списка параметров передать и предполагаемый тип. При несоответствии типов – ошибка.

Использование многоточий полностью выключает проверку типов параметров. Многоточие необходимо, только если изменяются и число параметров, и их тип.

Следующий пример иллюстрирует эту возможность.

#include

#include

void f1(double s, int n ...) {

va_start(p, n);

printf(" \n Double S = %lf ", s);

for(int i=1; i<=n; i++) {

v = va_arg(p, int);

printf("\n Argument %d = %d ", i, v);

void main(void) {

f1(1.5, 3, 4, 5, 6);

В результате получим:

Double S = 1.500000

Argument 1 = 4

Argument 2 = 5

Argument 3 = 6

Press any key to continue

Под перегрузкой функции понимается, определение нескольких функций (две или больше) с одинаковым именем, но различными параметрами. Наборы параметров перегруженных функций могут отличаться порядком следования, количеством, типом. Таким образом перегрузка функций нужна для того, чтобы избежать дублирования имён функций, выполняющих сходные действия, но с различной программной логикой. Например, рассмотрим функцию areaRectangle() , которая вычисляет площадь прямоугольника.

Float areaRectangle(float, float) //функция, вычисляющая площадь прямоугольника с двумя параметрами a(см) и b(см) { return a * b; // умножаем длинны сторон прямоугольника и возвращаем полученное произведение }

Итак, это функция с двумя параметрами типа float , причём аргументы передаваемые в функцию должны быть в сантиметрах, возвращаемое значение типа float — тоже в сантиметрах.

Предположим, что наши исходные данные (стороны прямоугольника) заданы в метрах и сантиметрах, например такие: a = 2м 35 см; b = 1м 86 см. В таком случае, удобно было бы использовать функцию с четырьмя параметрами. То есть, каждая длинна сторон прямоугольника передаётся в функцию по двум параметрам: метры и сантиметры.

Float areaRectangle(float a_m, float a_sm, float b_m, float b_sm) // функция, вычисляющая площадь прямоугольника с 4-мя параметрами a(м) a(см); b(м) b(cм) { return (a_m * 100 + a_sm) * (b_m * 100 + b_sm); }

В теле функции значения, которые передавались в метрах (a_m и b_m)переводятся в сантиметры и суммируются с значениями a_sm b_sm , после чего перемножаем суммы и получаем площадь прямоугольника в см. Конечно же можно было перевести исходные данные в сантиметры и пользоваться первой функцией, но сейчас не об этом.

Теперь, самое главное – у нас есть две функции, с разной сигнатурой, но одинаковыми именами (перегруженные функции). Сигнатура – это комбинация имени функции с её параметрами. Как же вызывать эти функции? А вызов перегруженных функций ничем не отличается от вызова обычных функций, например:

AreaRectangle(32, 43); // будет вызвана функция, вычисляющая площадь прямоугольника с двумя параметрами a(см) и b(см) areaRectangle(4, 43, 2, 12); // будет вызвана функция, вычисляющая площадь прямоугольника с 4-мя параметрами a(м) a(см); b(м) b(cм)

Как видите, компилятор самостоятельно выберет нужную функцию, анализируя только лишь сигнатуры перегруженных функций. Минуя перегрузку функций, можно было бы просто объявить функцию с другим именем, и она бы хорошо справлялась со своей задачей. Но представьте, что будет, если таких функций надо больше, чем две, например 10. И для каждой нужно придумать осмысленное имя, а сложнее всего их запомнить. Вот именно поэтому проще и лучше перегружать функции, если конечно в этом есть необходимость. Исходный код программы показан ниже.

#include "stdafx.h" #include << "S1 = " << areaRectangle(32,43) << endl; // вызов перегруженной функции 1 cout << "S2 = " << areaRectangle(4, 43, 2, 12) << endl; // вызов перегруженной функции 2 return 0; } // перегруженная функция 1 float areaRectangle(float a, float b) //функция, вычисляющая площадь прямоугольника с двумя параметрами a(см) и b(см) { return a * b; // умножаем длинны сторон прямоугольника и возвращаем полученное произведение } // перегруженная функция 2 float areaRectangle(float a_m, float a_sm, float b_m, float b_sm) // функция, вычисляющая площадь прямоугольника с 4-мя параметрами a(м) a(см); b(м) b(cм) { return (a_m * 100 + a_sm) * (b_m * 100 + b_sm); }

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

#include using namespace std; // прототипы перегруженных функций float areaRectangle(float a, float b); float areaRectangle(float a_m, float a_sm, float b_m, float b_sm); int main() { cout << "S1 = " << areaRectangle(32,43) << endl; // вызов перегруженной функции 1 cout << "S2 = " << areaRectangle(4, 43, 2, 12) << endl; // вызов перегруженной функции 2 return 0; } // перегруженная функция 1 float areaRectangle(float a, float b) //функция, вычисляющая площадь прямоугольника с двумя параметрами a(см) и b(см) { return a * b; // умножаем длинны сторон прямоугольника и возвращаем полученное произведение } // перегруженная функция 2 float areaRectangle(float a_m, float a_sm, float b_m, float b_sm) // функция, вычисляющая площадь прямоугольника с 4-мя параметрами a(м) a(см); b(м) b(cм) { return (a_m * 100 + a_sm) * (b_m * 100 + b_sm); }

Результат работы программы показан на рисунке 1.

C ++ позволяет указать более одного определения для функции имени или оператора в той же области, что называется функция перегрузки и перегрузки операторов соответственно.

Перегруженное объявление представляет собой объявление, объявленное с тем же именем, что и ранее объявленное объявление в той же области видимости, за исключением того, что обе декларации имеют разные аргументы и, очевидно, другое определение (реализация).

Когда вы вызываете перегруженную функцию или оператор , компилятор определяет наиболее подходящее определение для использования, сравнивая типы аргументов, которые вы использовали для вызова функции или оператора, с типами параметров, указанными в определениях. Процесс выбора наиболее подходящей перегруженной функции или оператора называется разрешением перегрузки .

Перегрузка функций в C ++

Вы можете иметь несколько определений для одного и того же имени функции в той же области. Определение функции должно отличаться друг от друга по типам и / или количеству аргументов в списке аргументов. Вы не можете перегружать объявления функций, которые отличаются только возвращаемым типом.

Ниже приведен пример, когда одна и та же функция print () используется для печати разных типов данных -

#include using namespace std; class printData { public: void print(int i) { cout << "Printing int: " << i << endl; } void print(double f) { cout << "Printing float: " << f << endl; } void print(char* c) { cout << "Printing character: " << c << endl; } }; int main(void) { printData pd; // Call print to print integer pd.print(5); // Call print to print float pd.print(500.263); // Call print to print character pd.print("Hello C++"); return 0; }

Printing int: 5 Printing float: 500.263 Printing character: Hello C++

Перегрузка операторов в C ++

Вы можете переопределить или перегрузить большинство встроенных операторов, доступных на C ++. Таким образом, программист может также использовать операторы с определенными пользователем типами.

Перегруженные операторы - это функции со специальными именами: ключевое слово «оператор», за которым следует символ для определяемого оператора. Как и любая другая функция, перегруженный оператор имеет тип возврата и список параметров.

Box operator+(const Box&);

объявляет оператор добавления, который можно использовать для добавления двух объектов Box и возвращает конечный объект Box. Большинство перегруженных операторов могут быть определены как обычные функции, не являющиеся членами, или как функции членов класса. В случае, если мы определяем функцию выше как функцию, не являющуюся членом класса, мы должны были бы передать два аргумента для каждого операнда следующим образом:

Box operator+(const Box&, const Box&);

Ниже приведен пример, показывающий концепцию оператора при загрузке с использованием функции-члена. Здесь объект передается как аргумент, свойства которого будут доступны с помощью этого объекта, к объекту, который вызовет этот оператор, можно получить доступ с помощью этого оператора, как описано ниже -

#include using namespace std; class Box { public: double getVolume(void) { return length * breadth * height; } void setLength(double len) { length = len; } void setBreadth(double bre) { breadth = bre; } void setHeight(double hei) { height = hei; } // Overload + operator to add two Box objects. Box operator+(const Box& b) { Box box; box.length = this->length + b.length; box.breadth = this->breadth + b.breadth; box.height = this->height + b.height; return box; } private: double length; // Length of a box double breadth; // Breadth of a box double height; // Height of a box }; // Main function for the program int main() { Box Box1; // Declare Box1 of type Box Box Box2; // Declare Box2 of type Box Box Box3; // Declare Box3 of type Box double volume = 0.0; // Store the volume of a box here // box 1 specification Box1.setLength(6.0); Box1.setBreadth(7.0); Box1.setHeight(5.0); // box 2 specification Box2.setLength(12.0); Box2.setBreadth(13.0); Box2.setHeight(10.0); // volume of box 1 volume = Box1.getVolume(); cout << "Volume of Box1: " << volume <

Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат:

Volume of Box1: 210 Volume of Box2: 1560 Volume of Box3: 5400

Перегружаемый / Non-overloadableOperators

Ниже приведен список операторов, которые могут быть перегружены.

При определении функций в своих программах вы должны указать тип возвращаемого функцией значения, а также количество параметров и тип каждого из них. В прошлом (если вы программировали на языке С), когда у вас была функция с именем add_values, которая работала с двумя целыми значениями, а вы хотели бы использовать подобную функцию для сложения трех целых значений, вам следовало создать функцию с другим именем. Например, вы могли бы использовать add_two_values иadd_three_values. Аналогично если вы хотели использовать подобную функцию для сложения значений типа float, то вам была бы необходима еще одна функция с еще одним именем. Чтобы избежать дублирования функции, C++ позволяет вам определять несколько функций с одним и тем же именем. В процессе компиляции C++ принимает во внимание количество аргументов, используемых каждой функцией, и затем вызывает именно требуемую функцию. Предоставление компилятору выбора среди нескольких функций называется перегрузкой. В этом уроке вы научитесь использовать перегруженные функции. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

Перегрузка функций позволяет вам использовать одно и то же имя для нескольких функций с разными типами параметров.

Для перегрузки функций просто определите две функции с одним и тем же именем и типом возвращаемого значения, которые отличаются количеством параметров или их типом.

Перегрузка функций является особенностью языка C++, которой нет в языке С. Как вы увидите, перегрузка функций достаточно удобна и может улучшить удобочитаемость ваших программ.

ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С ПЕРЕГРУЗКОЙ ФУНКЦИЙ

Перегрузка функций позволяет вашим программам определять несколько функций с одним и тем же именем и типом возвращаемого значения. Например, следующая программа перегружает функцию с именемadd_values. Первое определение функции складывает два значения типаint. Второе определение функции складывает три значения. В процессе компиляции C++ корректно определяет функцию, которую необходимо использовать:

#include

int add_values(int a,int b)

{
return(a + b);
)

int add_values (int a, int b, int c)

(
return(a + b + c);
)

{
cout << «200 + 801 = » << add_values(200, 801) << endl;
cout << «100 + 201 + 700 = » << add_values(100, 201, 700) << endl;
}

Как видите, программа определяет две функции с именами add_valuesПервая функция складывает два значения типа int, в то время как вторая складывает три значения. Вы не обязаны что-либо предпринимать специально для того, чтобы предупредить компилятор о перегрузке, просто используйте ее. Компилятор разгадает, какую функцию следует использовать, основываясь на предлагаемых программой параметрах.

Подобным образом следующая программа MSG_OVR.CPP перегружает функцию show_message. Первая функция с именем show_message выводит стандартное сообщение, параметры ей не передаются. Вторая выводит передаваемое ей сообщение, а третья выводит два сообщения:

#include

void show_message(void)

{
cout << «Стандартное сообщение: » << «Учимся программировать на C++» << endl;
}

void show_message(char *message)

{
cout << message << endl;
}

void show_message(char *first, char *second)

{
cout << first << endl;
cout << second << endl;
}

{
show_message();
show_message(«Учимся программировать на языке C++!»);
show_message(«B C++ нет предрассудков!»,»Перегрузка — это круто!») ;
}

КОГДА НЕОБХОДИМА ПЕРЕГРУЗКА

Одним из наиболее общих случаев использования перегрузки является применение функции для получения определенного результата, исходя из различных параметров. Например, предположим, что в вашей программе есть функция с именем day_of_week, которая возвращает текущий день недели (0 для воскресенья, 1 для понедельника, …, 6 для субботы). Ваша программа могла бы перегрузить эту функцию таким образом, чтобы она верно возвращала день недели, если ей передан юлианский день в качестве параметра, или если ей переданы день, месяц и год:

int day_of_week(int julian_day)

{
// Операторы
}

int day_of_week(int month, int day, int year)

{
// Операторы
}

По мере изучения объектно-ориентированного программирования в C++, представленного в следующих уроках, вы будете использовать перегрузку функций для расширения возможностей своих программ.

Перегрузка функций улучшает удобочитаемость программ

Перегрузка функций C++ позволяет вашим программам определять несколько функций с одним и тем же именем. Перегруженные функции должны возвращать значения одинакового типа*, но могут отличаться количеством и типом параметров. До появления перегрузки функций в C++ программисты языка С должны были создавать несколько функций с почти одинаковыми именами. К сожалению программисты, желающие использовать такие функции, должны были помнить, какая комбинация параметров соответствует какой функции. С другой стороны, перегрузка функций упрощает задачу программистов, требуя, чтобы они помнили только одно имя функции.* Перегруженные функции не обязаны возвращать значения одинакового типа по той причине, что компилятор однозначно идентифицирует функцию по ее имени и набору ее аргументов. Для компилятора функции с одинаковыми именами, но различными типами аргументов - разные функции, поэтому тип возвращаемого значения - прерогатива каждой функции. - Прим.перев.

ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Перегрузка функций позволяет вам указать несколько определений для одной и той же функции. В процессе компиляции C++ определит, какую функцию следует использовать, основываясь на количестве и типе передаваемых параметров. Из данного урока вы узнали, что перегружать функции достаточно просто. Из урока 14 вы узнаете, как ссылки C++ упрощают процесс изменения параметров внутри функций. Однако, прежде чем перейти к уроку 14, убедитесь, что вы изучили следующие основные концепции:

1. Перегрузка функций предоставляет несколько «взглядов» на одну и ту же функцию внутри вашей программы.
2. Для перегрузки функций просто определите несколько функций с одним и тем же именем и типом возвращаемого значения, которые отличаются только количеством и типом параметров.
3. В процессе компиляции C++ определит, какую функцию следует вызвать, основываясь на количестве и типе передаваемых параметров.
4. Перегрузка функций упрощает программирование, позволяя программистам работать только с одним именем функции.

Перегрузка функций

Перегрузка операций (операторов, функций, процедур) - в программировании - один из способов реализации полиморфизма , заключающийся в возможности одновременного существования в одной области видимости нескольких различных вариантов операции (оператора, функции или процедуры), имеющих одно и то же имя, но различающихся типами параметров, к которым они применяются.

Терминология

Термин «перегрузка» - это калька английского «overloading», появившаяся в русских переводах книг по языкам программирования в первой половине 1990-х годов. Возможно, это не самый лучший вариант перевода, поскольку слово «перегрузка» в русском языке имеет устоявшееся собственное значение, кардинально отличающееся от вновь предложенного, тем не менее, он прижился и распространён достаточно широко. В изданиях советского времени аналогичные механизмы назывались по-русски «переопределением» или «повторным определением» операций, но и этот вариант небесспорен: возникают разночтения и путаница в переводах английских «override», «overload» и «redefine».

Причины появления

В большинстве ранних языков программирования существовало ограничение, согласно которому одновременно в программе не может быть доступно более одной операции с одним и тем же именем. Соответственно, все функции и процедуры, видимые в данной точке программы, должны иметь различные имена. Имена и обозначения функций, процедур и операторов, являющихся частью языка программирования, не могут быть использованы программистом для именования собственных функций, процедур и операторов. В некоторых случаях программист может создать собственный программный объект с именем другого, уже имеющегося, но тогда вновь созданный объект «перекрывает» предыдущий, и одновременно использовать оба варианта становится невозможно.

Подобное положение неудобно в некоторых, достаточно часто встречающихся случаях.

• Иногда возникает потребность описывать и применять к созданным программистом типам данных операции, по смыслу эквивалентные уже имеющимся в языке. Классический пример - библиотека для работы с комплексными числами. Они, как и обычные числовые типы, поддерживают арифметические операции, и естественным было бы создать для данного типа операции «плюс», «минус», «умножить», «разделить», обозначив их теми же самыми знаками операций, что и для других числовых типов. Запрет на использование определённых в языке элементов вынуждает создавать множество функций с именами вида ComplexPlusComplex, IntegerPlusComplex, ComplexMinusFloat и так далее.
• Когда одинаковые по смыслу операции применяются к операндам различных типов, их вынужденно приходится называть по-разному. Невозможность применять для разных типов функции с одним именем приводит к необходимости выдумывать различные имена для одного и того же, что создаёт путаницу, а может и приводить к ошибкам. Например, в классическом языке Си существует два варианта стандартной библиотечной функции нахождения модуля числа: abs() и fabs() - первый предназначен для целого аргумента, второй - для вещественного. Такое положение, в сочетании со слабым контролем типов Си, может привести к труднообнаруживаемой ошибке: если программист напишет в вычислении abs(x), где x - вещественная переменная, то некоторые компиляторы без предупреждений сгенерируют код, который будет преобразовывать x к целому путём отбрасывания дробной части и вычислять модуль от полученного целого числа!

Отчасти проблема решается средствами объектного программирования - когда новые типы данных объявляются как классы, операции над ними могут быть оформлены как методы классов, в том числе и одноимённые (поскольку методы разных классов не обязаны иметь различные имена), но, во-первых, оформление подобным образом операций над значениями разных типов неудобно, а во-вторых, это не решает проблему создания новых операторов.

Сама по себе перегрузка операций - всего лишь «синтаксический сахар », хотя даже в таком качестве она может быть полезна, потому что она позволяет разработчику программировать более естественным образом и делает поведение пользовательских типов более похожим на поведение встроенных. Если же подойти к вопросу с более общих позиций, то можно заметить, что средства, позволяющие расширять язык, дополнять его новыми операциями и синтаксическими конструкциями (а перегрузка операций является одним из таких средств, наряду с объектами, макрокомандами, функционалами, замыканиями) превращают его уже в метаязык - средство описания языков, ориентированных на конкретные задачи. С его помощью можно для каждой конкретной задачи построить языковое расширение, наиболее ей соответствующее, которое позволит описывать её решение в наиболее естественной, понятной и простой форме. Например, в приложении к перегрузке операций: создание библиотеки сложных математических типов (векторы, матрицы) и описание операций с ними в естественной, «математической» форме, создаёт «язык для векторных операций», в котором сложность вычислений скрыта, и возможно описывать решение задач в терминах векторных и матричных операций, концентрируясь на сути задачи, а не на технике. Именно из этих соображений подобные средства были в своё время включены в язык Алгол-68 .

Механизм перегрузки

Реализация

Перегрузка операций предполагает введение в язык двух взаимосвязанных особенностей: возможности объявлять в одной области видимости несколько процедур или функций с одинаковыми именами и возможности описывать собственные реализации операций (то есть знаков операций, обычно записываемых в инфиксной нотации, между операндами). Принципиально реализация их достаточно проста:

• Чтобы разрешить существование нескольких одноимённых операций, достаточно ввести в язык правило, согласно которому операция (процедура, функция или оператор) опознаются компилятором не только по имени (обозначению), но и по типам их параметров. Таким образом, abs(i), где i объявлено как целое, и abs(x), где x объявлено как вещественное - это две разные операции. Принципиально в обеспечении именно такой трактовки нет никаких сложностей.
• Чтобы дать возможность определять и переопределять операции, необходимо ввести в язык соответствующие синтаксические конструкции. Вариантов их может быть достаточно много, но по сути они ничем друг от друга не отличаются, достаточно помнить, что запись вида «<операнд1> <знакОперации> <операнд2>» принципиально аналогична вызову функции «<знакОперации>(<операнд1>,<операнд2>)». Достаточно разрешить программисту описывать поведение операторов в виде функций - и проблема описания решена.

Варианты и проблемы

Перегрузка процедур и функций на уровне общей идеи, как правило, не представляет сложности ни в реализации, ни в понимании. Однако даже в ней имеются некоторые «подводные камни», которые необходимо учитывать. Разрешение перегрузки операций создаёт гораздо больше проблем как для реализатора языка, так и для работающего на этом языке программиста.

Проблема идентификации

Первый вопрос, с которым сталкивается разработчик транслятора языка, разрешающего перегрузку процедур и функций: каким образом из числа одноимённых процедур выбрать ту, которая должна быть применена в данном конкретном случае? Всё хорошо, если существует вариант процедуры, типы формальных параметров которого в точности совпадают с типами параметров фактических, применённых в данном вызове. Однако практически во всех языках в употреблении типов существует некоторая степень свободы, предполагающая, что компилятор в определённых ситуациях автоматически выполняет безопасные преобразования типов. Например, в арифметических операциях над вещественным и целым аргументами целый обычно приводится к вещественному типу автоматически, и результат получается вещественным. Предположим, что существует два варианта функции add:

Int add(int a1, int a2); float add(float a1, float a2);

Каким образом компилятор должен обработать выражение y = add(x, i) , где x имеет тип float, а i - тип int? Очевидно, что точного совпадения нет. Имеется два варианта: либо y=add_int((int)x,i) , либо как y=add_flt(x, (float)i) (здесь именами add_int и add_float обозначены соответственно, первый и второй варианты функции).

Возникает вопрос: должен ли транслятор разрешать подобное использование перегруженных функций, а если должен, то на каком основании он будет выбирать конкретный используемый вариант? В частности, в приведённом выше примере, должен ли транслятор при выборе учитывать тип переменной y? Нужно отметить, что приведённая ситуация - простейшая, возможны гораздо более запутанные случаи, которые усугубляются тем, что не только встроенные типы могут преобразовываться по правилам языка, но и объявленные программистом классы при наличии у них родственных отношений допускают приведение один к другому. Решений у этой проблемы два:

• Запретить неточную идентификацию вообще. Требовать, чтобы для каждой конкретной пары типов существовал в точности подходящий вариант перегруженной процедуры или операции. Если такого варианта нет, транслятор должен выдавать ошибку. Программист в этом случае должен применить явное преобразование, чтобы привести фактические параметры к нужному набору типов. Этот подход неудобен в языках типа C++, допускающих достаточную свободу в обращении с типами, поскольку он приводит к существенному различию поведения встроенных и перегруженных операций (к обычным числам арифметические операции можно применять, не задумываясь, а к другим типам - только с явным преобразованием) либо к появлению огромного количества вариантов операций.
• Установить определённые правила выбора «ближайшего подходящего варианта». Обычно в этом варианте компилятор выбирает те из вариантов, вызовы которых можно получить из исходного только безопасными (не приводящими к потере информации) преобразованиями типов, а если их несколько - может выбирать, исходя из того, какой вариант требует меньше таких преобразований. Если в результате остаётся несколько возможностей, компилятор выдаёт ошибку и требует явного указания варианта от программиста.

Специфические вопросы перегрузки операций

В отличие от процедур и функций, инфиксные операции языков программирования имеют два дополнительных свойства, существенным образом влияющих на их функциональность: приоритет и ассоциативность , наличие которых обуславливается возможностью «цепочной» записи операторов (как понимать a+b*c: как (a+b)*c или как a+(b*c) ? Выражение a-b+c - это (a-b)+c или a-(b+c) ?).

Встроенные в язык операции всегда имеют наперёд заданные традиционные приоритеты и ассоциативность. Возникает вопрос: какие приоритеты и ассоциативность будут иметь переопределённые версии этих операций или, тем более, новые созданные программистом операции? Есть и другие тонкости, которые могут требовать уточнения. Например, в Си существуют две формы операций увеличения и уменьшения значения ++ и -- - префиксная и постфиксная, поведение которых различается. Как должны вести себя перегруженные версии таких операций?

Различные языки по-разному решают приведённые вопросы. Так, в C++ приоритет и ассоциативность перегруженных версий операций сохраняются такими же, как и у определённых в языке; перегрузить отдельно префиксную и постфиксную форму операторов инкремента и декреманта возможно, используя специальные сигнатуры:

Таким образом, int используется для внесения различия в сигнатуры

Объявление новых операций

Ещё сложнее обстоит дело с объявлением новых операций. Включить в язык саму возможность такого объявления несложно, но вот реализация его сопряжена со значительными трудностями. Объявление новой операции - это, фактически, создание нового ключевого слова языка программирования, осложнённое тем фактом, что операции в тексте, как правило, могут следовать без разделителей с другими лексемами. При их появлении возникают дополнительные трудности в организации лексического анализатора. Например, если в языке уже есть операции «+» и унарный «-» (изменение знака), то выражение a+-b можно безошибочно трактовать как a + (-b) , но если в программе объявляется новая операция +- , тут же возникает неоднозначность, ведь то же выражение можно уже разобрать и как a (+-) b . Разработчик и реализатор языка должен каким-то образом решать подобные проблемы. Варианты, опять-таки, могут быть различными: потребовать, чтобы все новые операции были односимвольными, постулировать, что при любых разночтениях выбирается «самый длинный» вариант операции (то есть до тех пор, пока очередной читаемый транслятором набор символов совпадает с какой-либо операцией, он продолжает считываться), пытаться обнаруживать коллизии при трансляции и выдавать ошибки в спорных случаях… Так или иначе, языки, допускающие объявление новых операций, решают эти проблемы.

Не следует забывать, что для новых операций также стоит вопрос определения ассоциативности и приоритета. Здесь уже нет готового решения в виде стандартной языковой операции, и обычно приходится просто задать эти параметры правилами языка. Например, сделать все новые операции левоассоциативными и дать им один и тот же, фиксированный, приоритет, либо ввести в язык средства задания того и другого.

Перегрузка и полиморфные переменные

Когда перегружаемые операции, функции и процедуры используются в языках со строгой типизацией, где каждая переменная имеет предварительно описанный тип, задача выбора варианта перегруженной операции, используемого в каждом конкретном случае, независимо от её сложности, решается транслятором. Это означает, что для компилируемых языков использование перегрузки операций не приводит к снижению быстродействия - в любом случае, в объектном коде программы присутствует вполне определённая операция или вызов функции. Иначе обстоит дело при возможности использования в языке полиморфных переменных, то есть переменных, которые могут в разные моменты времени содержать значения разных типов.

Поскольку тип значения, к которому будет применяться перегруженная операция, неизвестен на момент трансляции кода, компилятор лишён возможности выбрать нужный вариант заранее. В этом случае он вынужден встраивать в объектный код фрагмент, который непосредственно перед выполнением данной операции определит типы находящихся в аргументах значений и динамически выберет вариант, соответствующий этому набору типов. Причём такое определение нужно производить при каждом исполнении операции, ведь даже тот же самый код, будучи вызван второй раз, вполне может исполняться по-другому.

Таким образом, использование перегрузки операций в сочетании с полиморфными переменными делает неизбежным динамическое определение вызываемого кода.

Критика

Использование перегрузки не всеми специалистами считается благом. Если перегрузка функций и процедур, в общем, не находит серьёзных возражений (отчасти, потому, что не приводит к некоторым типично «операторным» проблемам, отчасти - из-за меньшего соблазна её использования не по назначению), то перегрузка операций, как в принципе, так и в конкретных языковых реализациях, подвергается достаточно жёсткой критике со стороны многих теоретиков и практиков программирования.

Критики отмечают, что приведённые выше проблемы идентификации, приоритета и ассоциативности часто делают работу с перегруженными операциями либо неоправданно сложной, либо неестественной:

• Идентификация. Если в языке приняты жёсткие правила идентификации, то программист вынужден помнить, для каких именно сочетаний типов существуют перегруженные операции и вручную приводить к ним операнды. Если же язык допускает «приблизительную» идентификацию, никогда нельзя поручиться, что в некоей достаточно сложной ситуации будет выполнен именно тот вариант операции, который имел в виду программист.
• Приоритет и ассоциативность. Если они определены жёстко - это может быть неудобно и не соответствовать предметной области (например, для операций с множествами приоритеты отличаются от арифметических). Если они могут быть заданы программистом - это становится дополнительным источником ошибок (уже хотя бы потому, что разные варианты одной операции оказываются имеющими разные приоритеты, а то и ассоциативность).

Насколько удобство от пользования собственными операциями способно перевесить неудобства от ухудшения управляемости программы - вопрос, не имеющий однозначного ответа.

С позиции реализации языка те же самые проблемы приводят к усложнению трансляторов и понижению их эффективности и надёжности. А использование перегрузки совместно с полиморфными переменными, к тому же заведомо медленнее, чем вызов жёстко прошитой при компиляции операции, и даёт меньше возможностей для оптимизации объектного кода. Отдельной критике подвергаются конкретные особенности реализации перегрузки в различных языках. Так, в C++ объектом критики может стать отстутствие соглашения о внутреннем представление имён перегруженных функций, что порождает несовместимость на уровне бибилиотек, скомпилированных разными компиляторами C++.

Часть критиков высказываются против перегрузки операций, исходя из общих принципов теории разработки программного обеспечения и реальной промышленной практики.

• Сторонники «пуританского» подхода к построению языков, такие как Вирт или Хоар , выступают против перегрузки операций уже просто потому, что без неё можно легко обойтись. По их мнению, подобные средства лишь усложняют язык и транслятор, не предоставляя соответствующих этому усложнению дополнительных возможностей. По их мнению, сама идея создания ориентированного на задачу расширения языка лишь выглядит привлекательно. В действительности же использование средств расширения языка делает программу понятной только её автору - тому, кто это расширение разработал. Программу становится гораздо труднее понимать и анализировать другим программистам, что затрудняет сопровождение, модификацию и групповую разработку.
• Отмечается, что сама возможность использования перегрузки часто играет провоцирующую роль: программисты начинают пользоваться ею где только возможно, в результате средство, призванное упростить и упорядочить программу, становится причиной её усложнения и запутывания.
• Перегруженные операции могут делать не совсем то, что ожидается от них, исходя из их вида. Например, a + b обычно (но не всегда) означает то же самое, что b + a , но «один» + «два» отличается от «два» + «один» в языках, где оператор + перегружен для конкатенации строк .
• Перегрузка операций делает фрагменты программы более контекстно-зависимыми. Не зная типов участвующих в выражении операндов, невозможно понять, что это выражение делает, если в нём используются перегруженные операции. Например, в программе на C++ оператор << может означать и побитовый сдвиг, и вывод в поток. Выражение a << 1 возвращает результат побитового сдвига значения a на один бит влево, если a - целая переменная, но если a является выходным потоком , то же выражение выведет в этот поток строку «1» .

Классификация

Ниже приведена классификация некоторых языков программирования по тому, позволяют ли они перегрузку операторов, и ограничены ли операторы предопределённым набором:

Операции	Нет перегрузки	Есть перегрузка
Ограниченое множество операций	Objective-C Python
Возможно определение новых операций		PostgreSQL См. также Wikimedia Foundation . 2010 . Смотреть что такое "Перегрузка функций" в других словарях: - (операторов, функций, процедур) в программировании один из способов реализации полиморфизма, заключающийся в возможности одновременного существования в одной области видимости нескольких различных вариантов операции (оператора, функции или… … Википедия