演算子オーバーロード入門

CoddyのC++ジャーニー「オブジェクト指向プログラミング」セクションの一部。レッスン 40/104。

演算子のオーバーロードを使うと、カスタムクラスで使用したときに、+、-、==などの演算子がどのように動作するかを定義できます。a.add(b)のようなメソッドを呼び出す代わりに、より直感的なa + bと記述できます。

C++では、演算子は本質的に特別な名前を持つ関数です。演算子をオーバーロードするには、operatorキーワードの後に記号を続けて、関数を定義します。

class Vector2D {
    double x, y;
    
public:
    Vector2D(double x, double y) : x(x), y(y) {}
    
    // + 演算子をオーバーロードする
    Vector2D operator+(const Vector2D& other) const {
        return Vector2D(x + other.x, y + other.y);
    }
};

これで、2つのベクトルを自然に加算できます。

Vector2D v1(1.0, 2.0);
Vector2D v2(3.0, 4.0);
Vector2D v3 = v1 + v2;    // v1.operator+(v2) を呼び出す

すべての演算子をオーバーロードできるわけではありません。スコープ解決演算子 ::、member アクセス .、三項演算子 ?:、および sizeof はオーバーロードできません。さらに、新しい operator を作成したり、operator の優先順位を変更したりすることはできません。* は常に + より先に評価されます。

演算子は（上記のように）メンバー関数として、または非メンバー関数として実装できます。これからのレッスンでは、それぞれのアプローチをいつ使用するか、また特定のカテゴリの演算子をどのようにオーバーロードするかを学びます。

チャレンジ

簡単

Point クラスを作成しましょう。このクラスは 2D 座標を表し、+ operator を使って 2 つの点を加算できるようにします。これは operator オーバーロードへの最初の一歩であり、カスタムクラスを使い慣れた operator と連携させる方法を学びます。

コードを整理するために、2 つのファイルを作成します。

Point.h: x 座標と y 座標（どちらも int）を保持する Point クラスを define します。このクラスには次のものが必要です。
- x 座標と y 座標用の private メンバー
- x と y の値を受け取る constructor
- Getters getX() と getY()（どちらも const）
- 2 つの点を加算し、座標を combined した新しい Point を return するオーバーロードされた + operator
+ operator は、別の Point を const reference で受け取り、新しい Point を return する member function として実装します。どちらの operand も modify しないため、const として Mark します。
main.cpp: 2 つの点を表す 4 つの整数（x1、y1、x2、y2 を別々の行に入力）を input から Read します。2 つの Point objects を Create し、+ operator を使ってそれらを加算し、results を表示します。
Output format:
```
Point 1: (<x1>, <y1>)
Point 2: (<x2>, <y2>)
Sum: (<sum_x>, <sum_y>)
```

ここでの key insight は、p1 + p2 が実際には内部で p1.operator+(p2) を呼び出しているということです。オーバーロードした operator によって、Point p3 = p1 + p2; のような直感的なコードを、Point p3 = p1.add(p2); のようなコードの代わりに記述できます。

std::stoi() を使って input 文字列を整数に変換します。header file の header guards を忘れないでください。

自分で試してみよう

#include <iostream>
#include <string>
#include "Point.h"

using namespace std;

int main() {
    // 入力を読み取る
    string line1, line2, line3, line4;
    getline(cin, line1);
    getline(cin, line2);
    getline(cin, line3);
    getline(cin, line4);

    int x1 = stoi(line1);
    int y1 = stoi(line2);
    int x2 = stoi(line3);
    int y2 = stoi(line4);

    // TODO: 入力値を使用して2つのPointオブジェクトを作成する

    // TODO: +演算子を使用して2つの点を加算する

    // TODO: 結果を指定の形式で出力する:
    // Point 1: (<x1>, <y1>)
    // Point 2: (<x2>, <y2>)
    // Sum: (<sum_x>, <sum_y>)

    return 0;
}