演算子のオーバーロード

コンピュータプログラミングにおいて、演算子のオーバーロード(演算子のアドホック多態性と呼ばれることもあります) は、多態性の特殊なケースであり、異なる演算子は引数に応じて異なる実装を持ちます。演算子のオーバーロードは、通常、プログラミング言語、プログラマ、またはその両方によって定義されます。

根拠

演算子オーバーロードは構文上の糖衣であり、ターゲットドメイン^[1]に近い表記法を使用してプログラミングを可能にし、ユーザー定義型に言語に組み込まれた型と同等のレベルの構文サポートを可能にするために使用されます。たとえば、科学計算では、数学オブジェクトの計算表現を紙と同じ構文で操作できるため、一般的です。

演算子のオーバーロードは、関数呼び出しを使用してエミュレートできるため、言語 (関数を含む) の表現力を変更しません。たとえば、行列などのユーザー定義型の変数a、bおよびを考えてみましょう。 c

a + b * c

演算子のオーバーロードをサポートする言語では、通常、「*」演算子は「+」演算子よりも優先順位が高いと想定されるため、次のように簡潔に記述できます。

Add(a, Multiply(b, c))

ただし、前者の構文は一般的な数学の使用法を反映しています。

例

この場合、加算演算子はオーバーロードされ、 C++Timeのユーザー定義型での加算が可能になります。

時間演算子+ ( const Time & lhs , const Time & rhs ) { Time temp = lhs ; temp .seconds + = rhs .seconds ; temp .minutes + = temp .seconds / 60 ; temp .seconds % = 60 ; temp .minutes + = rhs .minutes ; temp .hours + = temp .minutes / 60 ; temp .minutes % = 60 ; temp .hours + = rhs .hours ; return temp ; }

加算は二項演算であり、つまり 2 つのオペランドを持ちます。C++ では、渡される引数がオペランドであり、tempオブジェクトが返される値です。

操作は、lhs隠しthis引数に置き換えてクラスメソッドとして定義することもできます。ただし、これにより、左のオペランドが型に強制されますTime。

// 開き中括弧の直前の "const" は、|this| が変更されないことを意味します。
Time Time :: operator + ( const Time & rhs ) const { Time temp = * this ; // |this| は変更されないため、コピーを作成します。temp . seconds += rhs . seconds ; temp . minutes += temp . seconds / 60 ; temp . seconds %= 60 ; temp . minutes += rhs . minutes ; temp . hours += temp . minutes / 60 ; temp . minutes %= 60 ; temp . hours += rhs . hours ; return temp ; }

クラスメソッドとして定義された単項演算子は、明示的な引数を受け取らないことに注意してください( からのみ機能しますthis)。

bool Time :: operator ! () const { return hours == 0 && minutes == 0 && seconds == 0 ; }

小なり (<) 演算子は、構造体またはクラスをソートするためにオーバーロードされることがよくあります。

クラスPair { public : bool演算子< ( const Pair & p ) const { if ( x_ == p . x_ ) { return y_ < p . y_ ; } return x_ < p . x_ ; }  
 
       
        
         
    
       
  

 プライベート: 
int x_ ; int y_ ; };

前の例と同様に、最後の例では、演算子のオーバーロードがクラス内で行われます。C++ では、小なり演算子 (<) をオーバーロードした後、標準のソート関数を使用して一部のクラスをソートできます。

批判

演算子のオーバーロードは、オペランドの型に応じてプログラマが演算子の意味を再割り当てできるため、しばしば批判されてきました^{[2] 。たとえば、}C++<<で演算子を使用すると、とが整数型の場合、変数のビットがbits左にシフトされますが、が出力ストリームの場合、上記のコードはストリームに a を書き込もうとします。演算子のオーバーロードにより、元のプログラマが演算子の通常の意味を変更し、後続のプログラマを驚かせることができるため、演算子のオーバーロードは注意して使用することが推奨されています ( Javaの作成者は、必ずしもこの理由からではないものの、この機能を使用しないことを決定しました^{[3] )。} a << bababab

演算子に関するもう 1 つの、より微妙な問題は、数学の特定の規則が誤って予想されたり、意図せずに想定されたりする可能性があることです。たとえば、 + の可換性(つまりa + b == b + a) は常に適用されるわけではありません。この例は、オペランドが文字列の場合に発生します。これは、 + が文字列の連結を実行するために一般的にオーバーロードされるためです (つまり、"bird" + "song"が生成されます"birdsong"が、はを"song" + "bird"生成します"songbird")。この議論に対する典型的な反論^[要出典]は、数学から直接来ています。 + は整数 (およびより一般的には任意の複素数) に対して可換ですが、他の「型」の変数に対しては可換ではありません。実際には、 + は常に結合的であるわけではなく、たとえば、丸め誤差により浮動小数点値の場合です。別の例: 数学では、乗算は実数と複素数に対して可換ですが、行列の乗算では可換ではありません。

カタログ

いくつかの一般的なプログラミング言語は、演算子がプログラマーによってオーバーロード可能かどうか、および演算子が事前定義されたセットに制限されているかどうかによって分類されます。

演算子オーバーロードのタイムライン

1960年代

ALGOL 68仕様では演算子のオーバーロードが許可されていました。^[43]

ALGOL 68 言語仕様 (177 ページ) からの抜粋。ここでは、オーバーロードされた演算子 ¬、=、≠、およびabsが定義されています。

10.2.2. ブールオペランドの演算
a) op ∨ = ( bool a, b) bool :( a | true | b );
b) op ∧ = ( bool a, b) bool : ( a | b | false );
c) op ¬ = ( bool a) bool : ( a | false | true );
d) op = = ( bool a, b) bool :( a∧b ) ∨ ( ¬b∧¬a ) ;
e) op ≠ = ( bool a, b) bool : ¬(a=b);
f) op  abs = ( bool a) int : ( a | 1 | 0 );

演算子をオーバーロードするために特別な宣言は必要なく、プログラマは自由に新しい演算子を作成できます。2項演算子の場合、他の演算子と比較した優先順位を設定できます。

 優先 順位最大値= 9;
 
 op  max = ( int a, b) int : ( a>b | a | b );
  op  ++ = ( ref  int a ) int : ( a +:= 1 );

1980年代

Ada は、Ada 83 言語標準の発行とともに、その当初から演算子のオーバーロードをサポートしています。ただし、言語設計者は、新しい演算子の定義を排除することを選択しました。言語内の既存の演算子のみをオーバーロードできます。これには、「+」、「*」、「&」などの識別子を使用して新しい関数を定義します。その後の言語の改訂 (1995 年と 2005 年) では、既存の演算子のオーバーロードに対する制限が維持されています。

C++では、演算子のオーバーロードはALGOL 68よりも洗練されています。^[44]

1990年代

サン・マイクロシステムズのJava言語設計者はオーバーロードを省略することを選択した。^[45]^[46]^[47]

Pythonでは、特別な名前を持つメソッドを実装することで演算子のオーバーロードが可能です。^[48]たとえば、加算（+）演算子は、メソッドを実装することでオーバーロードできますobj.__add__(self, other)。

Ruby では、単純なメソッド呼び出しの構文糖として演算子のオーバーロードが許可されます。

Lua では、メソッド呼び出しの構文糖衣として演算子のオーバーロードが許可されており、最初のオペランドでその演算子が定義されていない場合は、2 番目のオペランドのメソッドが使用されるという追加機能があります。

2000年代

Microsoft は、2001 年にC#に、2003 年に Visual Basic .NETに演算子オーバーロードを追加しました。

Scala はすべての演算子をメソッドとして扱うため、プロキシによる演算子のオーバーロードが可能になります。

Rakuでは、すべての演算子の定義がレキシカル関数に委任されているため、関数定義を使用して演算子をオーバーロードしたり、新しい演算子を追加したりできます。たとえば、Rakudoソースで定義されている、Date オブジェクトを "+" で増分する関数は次のとおりです。

マルチ インフィックス:<+> ( Date:D  $d , Int:D  $x ) {
     Date . new-from-daycount ( $d . daycount + $x )
}

「multi」が使用されているため、関数はマルチディスパッチ候補のリストに追加され、「+」は関数シグネチャの型制約が満たされている場合にのみオーバーロードされます。オーバーロードの機能には、+、*、>=、接尾辞、項iなどが含まれますが、さまざまな中括弧演算子「[ x, y ]」、「 x [ y ]」、「 x { y }」、および「 x ( y )」のオーバーロードも可能です。

Kotlin は作成当初から演算子のオーバーロードをサポートしています。

参照

参考文献

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