Основы перегрузки операторов

В C#, подобно любому языку программирования, имеется готовый набор лексем, используемых для выполнения базовых операций над встроенными типами. Например, известно, что операция + может применяться к двум целым, чтобы дать их сумму:

// Операция + с целыми.
int а = 100;
int b = 240;
int с = а + b;	//с теперь равно 340

Здесь нет ничего нового, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, что одна и та же операция + может применяться к большинству встроенных типов данных C#? Например, рассмотрим такой код:

// Операция + со строками.
string si = "Hello";
string s2 = " world!";
string s3 = si + s2;	// s3 теперь содержит "Hello world!"

По сути, функциональность операции + уникальным образом базируются на представленных типах данных (строках или целых в данном случае). Когда операция + применяется к числовым типам, мы получаем арифметическую сумму операндов. Однако когда та же операция применяется к строковым типам, получается конкатенация строк.

Язык C# предоставляет возможность строить специальные классы и структуры, которые также уникально реагируют на один и тот же набор базовых лексем (вроде операции +). Имейте в виду, что абсолютно каждую встроенную операцию C# перегружать нельзя. В следующей таблице описаны возможности перегрузки основных операций:

Перегрузка операторов тесно связана с перегрузкой методов. Для перегрузки оператора служит ключевое слово operator, определяющее операторный метод, который, в свою очередь, определяет действие оператора относительно своего класса. Существуют две формы операторных методов (operator): одна - для унарных операторов, другая - для бинарных. Ниже приведена общая форма для каждой разновидности этих методов:

// Общая форма перегрузки унарного оператора.
public static возвращаемый_тип operator op(тип_параметра операнд)
{
// операции
}

// Общая форма перегрузки бинарного оператора.
public static возвращаемый_тип operator ор(тип_параметра1 операнд1,
тип_параметра2 операнд2)
{
// операции
}

Здесь вместо ор подставляется перегружаемый оператор, например + или /, а возвращаемый_тип обозначает конкретный тип значения, возвращаемого указанной операцией. Это значение может быть любого типа, но зачастую оно указывается такого же типа, как и у класса, для которого перегружается оператор. Такая корреляция упрощает применение перегружаемых операторов в выражениях. Для унарных операторов операнд обозначает передаваемый операнд, а для бинарных операторов то же самое обозначают операнд1 и операнд2. Обратите внимание на то, что операторные методы должны иметь оба спецификатора типа - public и static.

Перегрузка бинарных операторов

Давайте рассмотрим применение перегрузки бинарных операторов на простейшем примере:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ConsoleApplication1
{
    class MyArr
    {
        // Координаты точки в трехмерном пространстве
        public int x, y, z;

        public MyArr(int x = 0, int y = 0, int z = 0)
        {
            this.x = x;
            this.y = y;
            this.z = z;
        }

        // Перегружаем бинарный оператор +
        public static MyArr operator +(MyArr obj1, MyArr obj2)
        {
            MyArr arr = new MyArr();
            arr.x = obj1.x + obj2.x;
            arr.y = obj1.y + obj2.y;
            arr.z = obj1.z + obj2.z;
            return arr;
        }

        // Перегружаем бинарный оператор - 
        public static MyArr operator -(MyArr obj1, MyArr obj2)
        {
            MyArr arr = new MyArr();
            arr.x = obj1.x - obj2.x;
            arr.y = obj1.y - obj2.y;
            arr.z = obj1.z - obj2.z;
            return arr;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            MyArr Point1 = new MyArr(1, 12, -4);
            MyArr Point2 = new MyArr(0, -3, 18);
            Console.WriteLine("Координаты первой точки: " +
                Point1.x + " " + Point1.y + " " + Point1.z);
            Console.WriteLine("Координаты второй точки: " +
                Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z + "\n");

            MyArr Point3 = Point1 + Point2;
            Console.WriteLine("\nPoint1 + Point2 = " 
                + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z);
            Point3 = Point1 - Point2;
            Console.WriteLine("\nPoint1 - Point2 = "
                + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z);

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

Перегрузка унарных операторов

Унарные операторы перегружаются таким же образом, как и бинарные. Главное отличие заключается, конечно, в том, что у них имеется лишь один операнд. Давайте модернизируем предыдущий пример, дополнив перегрузки операций ++, --, -:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ConsoleApplication1
{
    class MyArr
    {
        // Координаты точки в трехмерном пространстве
        public int x, y, z;

        public MyArr(int x = 0, int y = 0, int z = 0)
        {
            this.x = x;
            this.y = y;
            this.z = z;
        }

        // Перегружаем бинарный оператор +
        public static MyArr operator +(MyArr obj1, MyArr obj2)
        {
            MyArr arr = new MyArr();
            arr.x = obj1.x + obj2.x;
            arr.y = obj1.y + obj2.y;
            arr.z = obj1.z + obj2.z;
            return arr;
        }

        // Перегружаем бинарный оператор - 
        public static MyArr operator -(MyArr obj1, MyArr obj2)
        {
            MyArr arr = new MyArr();
            arr.x = obj1.x - obj2.x;
            arr.y = obj1.y - obj2.y;
            arr.z = obj1.z - obj2.z;
            return arr;
        }

        // Перегружаем унарный оператор -
        public static MyArr operator -(MyArr obj1)
        {
            MyArr arr = new MyArr();
            arr.x = -obj1.x;
            arr.y = -obj1.y;
            arr.z = -obj1.z;
            return arr;
        }

        // Перегружаем унарный оператор ++
        public static MyArr operator ++(MyArr obj1)
        {
            obj1.x += 1;
            obj1.y += 1;
            obj1.z +=1;
            return obj1;
        }

        // Перегружаем унарный оператор --
        public static MyArr operator --(MyArr obj1)
        {
            obj1.x -= 1;
            obj1.y -= 1;
            obj1.z -= 1;
            return obj1;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            MyArr Point1 = new MyArr(1, 12, -4);
            MyArr Point2 = new MyArr(0, -3, 18);
            Console.WriteLine("Координаты первой точки: " +
                Point1.x + " " + Point1.y + " " + Point1.z);
            Console.WriteLine("Координаты второй точки: " +
                Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z + "\n");

            MyArr Point3 = Point1 + Point2;
            Console.WriteLine("\nPoint1 + Point2 = " 
                + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z);
            Point3 = Point1 - Point2;
            Console.WriteLine("Point1 - Point2 = "
                + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z);
            Point3 = -Point1;
            Console.WriteLine("-Point1 = "
                + Point3.x + " " + Point3.y + " " + Point3.z);
            Point2++;
            Console.WriteLine("Point2++ = "
                + Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z);
            Point2--;
            Console.WriteLine("Point2-- = "
                + Point2.x + " " + Point2.y + " " + Point2.z);

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

Выполнение операций со встроенными в C# типами данных

Для любого заданного класса и оператора имеется также возможность перегрузить сам операторный метод. Это, в частности, требуется для того, чтобы разрешить операции с типом класса и другими типами данных, в том числе и встроенными. Давайте добавим следующую перегрузку в предыдущий пример:

public static string operator +(MyArr obj1, string s)
{
    return s + " " + obj1.x + " " + obj1.y + " " + obj1.z;
}

...

string s = Point2 + "Координаты точки Point2:";
Console.WriteLine(s);

Как подтверждает приведенный выше результат, когда оператор + применяется к двум объектам класса MyArr, то складываются их координаты. А когда он применяется к объекту типа MyArr и строковому значению, то возвращается строка с текущими координатами объекта.