C++ Primer 第14章習題精解：運算符重載、類型轉換與函數對象全攻略

C++ Primer 第14章聚焦運算符重載與類型轉換，本文精選典型習題，從輸入輸出運算符、算術/關係運算符、賦值/下標/調用運算符到類型轉換運算符、lambda與函數對象，提供標準答案與核心解析，助你掌握類設計精髓。

核心知識點速覽

精選習題解析

14.1-14.4：運算符重載基礎規則

• 重載 vs 內置：重載至少一個類類型操作數；&& || 重載失去短路求值；優先級/結合性/操作數個數不變。
• 成員 vs 非成員：= () [] -> 必須為成員；<< >> == + 建議非成員；修改狀態的（+= ++）為成員。

14.5-14.8：輸出運算符實戰

// Date 類輸出運算符
ostream& operator<<(ostream& os, const Date& d) {
    return os << "year:" << d.year << '\t' << "month:" << d.month << '\t' << "day:" << d.day << endl;
}

// Sales_data 輸出
ostream& operator<<(ostream& os, const Sales_data& item) {
    return os << item.isbn() << ' ' << item.units_sold << ' ' << item.revenue;
}

14.10-14.12：輸入運算符與錯誤處理

輸入運算符必須檢查流狀態，失敗時將對象置為默認狀態：

istream& operator>>(istream& is, Date& dt) {
    is >> dt.year >> dt.month >> dt.day;
    if (!is) dt = Date(0,0,0); // 輸入失敗重置
    return is;
}

14.13-14.21：算術運算符設計模式

標準模式：operator+ 調用 operator+=，避免代碼重複，性能無損（RVO優化）：

Sales_data operator+(const Sales_data& lhs, const Sales_data& rhs) {
    Sales_data sum = lhs; sum += rhs; return sum;
}
Sales_data& Sales_data::operator+=(const Sales_data& rhs) {
    units_sold += rhs.units_sold; revenue += rhs.revenue; return *this;
}

反模式：+= 調用 + 會創建臨時對象，效率低、可讀性差。

14.22-14.25：賦值運算符變體

• Sales_data& operator=(const string& isbn)：支持 ISBN 字符串直接賦值。
• StrVec& operator=(initializer_list<string>)：支持列表初始化賦值。
• 若類僅含內置類型成員（如 Date），默認拷貝/移動賦值足夠，無需自定義。

14.26-14.32：下標、遞增、指針運算

// StrBlob 下標
string& operator[](size_t n) { return data[n]; }
const string& operator[](size_t n) const { return data[n]; }

// StrBlobPtr 遞增/遞減（前綴/後綴）
StrBlobPtr& operator++() { check(curr, "increment past end"); ++curr; return *this; }
StrBlobPtr operator++(int) { StrBlobPtr ret = *this; ++*this; return ret; }

// 指針算術
StrBlobPtr operator+(int n) { StrBlobPtr ret = *this; ret.curr += n; return ret; }

14.33-14.41：函數對象與 Lambda

• operator() 可接受任意數量參數（含0個）。
• Lambda vs 函數對象：Lambda 適合一次性簡單邏輯；函數對象適合需保存狀態、多處復用的場景。
• 標準庫適配器：bind2nd、not_equal_to、greater 等配合算法使用。

14.42-14.44：標準庫函數對象實戰

// 統計 >1024 的個數
count_if(vec.begin(), vec.end(), bind2nd(greater(), 1024));
// 找第一個不等於 "pooh" 的字符串
find_if(vec.begin(), vec.end(), bind2nd(not_equal_to(), "pooh"));
// 所有值乘2
transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), bind2nd(multiplies(), 2));

14.45-14.53：類型轉換運算符與二義性

• explicit operator bool() 防止意外隱式轉換，僅用於條件判斷。
• 轉換函數不指定返回類型，如 operator int()。
• 二義性陷阱：多條隱式轉換路徑導致編譯錯誤，需顯式轉型消除。

最佳實踐清單

1. 輸入輸出運算符定義為非成員友元。
2. 算術運算符以復合賦值為基礎實現。
3. 關係運算符定義為非成員，支持對稱比較。
4. 賦值運算符檢查自賦值，強異常安全。
5. 下標運算符提供 const/非 const 重載。
6. 遞增遞減：前綴返回引用，後綴返回值。
7. 類型轉換運算符盡量 explicit，避免驚喜轉換。
8. 函數對象用於有狀態邏輯，Lambda 用於臨時簡單邏輯。