Operadores comunes para sobrecargar

La mayor parte del trabajo en los operadores de sobrecarga es el código de placa de caldera. Eso no es de extrañar, dado que los operadores son simplemente azúcar sintáctico, su trabajo real podría realizarse mediante (y a menudo se reenvía a) funciones simples. Pero es importante que obtenga este código de placa de caldera correctamente. Si falla, el código de su operador no se compilará o el código de sus usuarios no se compilará o el código de sus usuarios se comportará de manera sorprendente.

Operador de asignación

Hay mucho que decir sobre la asignación. Sin embargo, la mayor parte ya se ha dicho en Las famosas preguntas frecuentes sobre copiar e intercambiar de GMan, así que omitiré la mayor parte aquí, solo enumeraré el operador de asignación perfecto como referencia:

X& X::operator=(X rhs)
{
  swap(rhs);
  return *this;
}

Operadores Bitshift (usados ​​para Stream I / O)

Los operadores de desplazamiento de bits << y >>, aunque todavía se utilizan en la interfaz de hardware para las funciones de manipulación de bits que heredan de C, se han vuelto más frecuentes como operadores de entrada y salida de flujo sobrecargados en la mayoría de las aplicaciones. Para obtener orientación sobre la sobrecarga como operadores de manipulación de bits, consulte la sección siguiente sobre Operadores aritméticos binarios. Para implementar su propio formato personalizado y lógica de análisis cuando su objeto se usa con iostreams, continúe.

Los operadores de flujo, entre los operadores sobrecargados más comúnmente, son operadores infijos binarios para los cuales la sintaxis no especifica ninguna restricción sobre si deben ser miembros o no miembros. Dado que cambian su argumento izquierdo (alteran el estado de la secuencia), deberían, de acuerdo con las reglas generales, implementarse como miembros del tipo de su operando izquierdo. Sin embargo, sus operandos izquierdos son flujos de la biblioteca estándar, y aunque la mayoría de los operadores de entrada y salida de flujo definidos por la biblioteca estándar se definen de hecho como miembros de las clases de flujo, cuando implementa operaciones de entrada y salida para sus propios tipos, no puede cambiar los tipos de flujo de la biblioteca estándar. Es por eso que necesita implementar estos operadores para sus propios tipos como funciones no miembros. Las formas canónicas de los dos son las siguientes:

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const T& obj)
{
  // write obj to stream

  return os;
}

std::istream& operator>>(std::istream& is, T& obj)
{
  // read obj from stream

  if( /* no valid object of T found in stream */ )
    is.setstate(std::ios::failbit);

  return is;
}

Al implementar operator>>, configurar manualmente el estado de la secuencia solo es necesario cuando la lectura en sí se realizó correctamente, pero el resultado no es el esperado.

Operador de llamada de función

El operador de llamada de función, que se utiliza para crear objetos de función, también conocidos como functores, debe definirse como un miembro función, por lo que siempre tiene la implícita this argumento de funciones miembro. Aparte de esto, se puede sobrecargar para aceptar cualquier número de argumentos adicionales, incluido cero.

A continuación, se muestra un ejemplo de sintaxis:

class foo {
public:
    // Overloaded call operator
    int operator()(const std::string& y) {
        // ...
    }
};

Uso:

foo f;
int a = f("hello");

En toda la biblioteca estándar de C ++, los objetos de función siempre se copian. Por lo tanto, sus propios objetos de función deberían ser baratos de copiar. Si un objeto de función necesita absolutamente usar datos que son costosos de copiar, es mejor almacenar esos datos en otro lugar y hacer que el objeto de función se refiera a él.

Operadores de comparación

Los operadores de comparación de infijos binarios deben, de acuerdo con las reglas generales, implementarse como funciones no miembros¹. La negación del prefijo unario ! debería (de acuerdo con las mismas reglas) implementarse como una función miembro. (pero normalmente no es una buena idea sobrecargarlo).

Los algoritmos de la biblioteca estándar (p. Ej. std::sort()) y tipos (p. ej. std::map) siempre solo esperará operator< Ser presente. sin embargo, el los usuarios de su tipo esperarán que todos los demás operadores estén presentes, también, así que si defines operator<, asegúrese de seguir la tercera regla fundamental de sobrecarga de operadores y también defina todos los demás operadores de comparación booleanos. La forma canónica de implementarlos es esta:

inline bool operator==(const X& lhs, const X& rhs){ /* do actual comparison */ }
inline bool operator!=(const X& lhs, const X& rhs){return !operator==(lhs,rhs);}
inline bool operator< (const X& lhs, const X& rhs){ /* do actual comparison */ }
inline bool operator> (const X& lhs, const X& rhs){return  operator< (rhs,lhs);}
inline bool operator<=(const X& lhs, const X& rhs){return !operator> (lhs,rhs);}
inline bool operator>=(const X& lhs, const X& rhs){return !operator< (lhs,rhs);}

Lo importante a tener en cuenta aquí es que solo dos de estos operadores realmente hacen algo, los otros simplemente envían sus argumentos a cualquiera de estos dos para que hagan el trabajo real.

La sintaxis para sobrecargar los operadores booleanos binarios restantes (||, &&) sigue las reglas de los operadores de comparación. Sin embargo lo és Es poco probable que encuentre un caso de uso razonable para estos².

¹ _{Al igual que con todas las reglas generales, a veces también puede haber razones para romper esta. Si es así, no olvide que el operando de la izquierda de los operadores de comparación binaria, que para las funciones miembro será *this, necesita ser const, también. Entonces, un operador de comparación implementado como una función miembro debería tener esta firma:}

bool operator<(const X& rhs) const { /* do actual comparison with *this */ }

_{(Nota la const al final.)}

² _{Cabe señalar que la versión incorporada de || y && utilizar semántica de atajos. Mientras que los definidos por el usuario (porque son azúcar sintáctico para llamadas a métodos) no usan semántica de atajos. El usuario esperará que estos operadores tengan semántica de atajo, y su código puede depender de ello. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente NUNCA definirlos.}

Operadores aritméticos

Operadores aritméticos unarios

Los operadores unarios de incremento y decremento vienen tanto en forma de prefijo como de sufijo. Para distinguir una de la otra, las variantes de sufijo toman un argumento int ficticio adicional. Si sobrecarga el incremento o decremento, asegúrese de implementar siempre las versiones de prefijo y sufijo. Aquí está la implementación canónica de incremento, decremento sigue las mismas reglas:

class X {
  X& operator++()
  {
    // do actual increment
    return *this;
  }
  X operator++(int)
  {
    X tmp(*this);
    operator++();
    return tmp;
  }
};

Tenga en cuenta que la variante de sufijo se implementa en términos de prefijo. También tenga en cuenta que postfix hace una copia adicional.²

La sobrecarga unaria de menos y más no es muy común y probablemente sea mejor evitarla. Si es necesario, probablemente deberían sobrecargarse como funciones miembro.

² _{También tenga en cuenta que la variante de sufijo hace más trabajo y, por lo tanto, es menos eficiente de usar que la variante de prefijo. Esta es una buena razón para preferir el incremento de prefijo sobre el incremento de sufijo. Si bien los compiladores generalmente pueden optimizar el trabajo adicional del incremento de postfijo para los tipos integrados, es posible que no puedan hacer lo mismo para los tipos definidos por el usuario (que podría ser algo tan inocente como un iterador de lista). Una vez que te acostumbraste a hacer i++, se vuelve muy difícil recordar hacer ++i en cambio cuando i no es de un tipo incorporado (además, tendría que cambiar el código al cambiar un tipo), por lo que es mejor tener el hábito de usar siempre el incremento de prefijo, a menos que se necesite explícitamente postfix.}

Operadores aritméticos binarios

Para los operadores aritméticos binarios, no olvide obedecer la sobrecarga del operador de la tercera regla básica: Si proporciona +, también proporcionar +=, si proporcionas -, no omitas -=, etc. Se dice que Andrew Koenig fue el primero en observar que los operadores de asignación compuesta se pueden utilizar como base para sus contrapartes no compuestos. Es decir, operador + se implementa en términos de +=, - se implementa en términos de -= etc.

De acuerdo con nuestras reglas generales, + y sus compañeros deben ser no miembros, mientras que sus contrapartes de asignación compuesta (+= etc.), cambiando su argumento izquierdo, debería ser miembro. Aquí está el código ejemplar para += y +; los otros operadores aritméticos binarios deben implementarse de la misma manera:

class X {
  X& operator+=(const X& rhs)
  {
    // actual addition of rhs to *this
    return *this;
  }
};
inline X operator+(X lhs, const X& rhs)
{
  lhs += rhs;
  return lhs;
}

operator+= devuelve su resultado por referencia, mientras que operator+ devuelve una copia de su resultado. Por supuesto, devolver una referencia suele ser más eficaz que devolver una copia, pero en el caso de operator+, no hay forma de evitar la copia. Cuando escribes a + b, espera que el resultado sea un nuevo valor, por lo que operator+ tiene que devolver un nuevo valor.³ También tenga en cuenta que operator+ toma su operando izquierdo por copia en lugar de por referencia constante. La razón de esto es la misma que la que da para operator= tomando su argumento por copia.

Los operadores de manipulación de bits ~ & | ^ << >> debe implementarse de la misma manera que los operadores aritméticos. Sin embargo, (excepto por la sobrecarga << y >> para salida y entrada) hay muy pocos casos de uso razonables para sobrecargarlos.

³ _{Nuevamente, la lección que se debe aprender de esto es que a += b es, en general, más eficiente que a + b y debería preferirse si es posible.}

Subíndice de matriz

El operador de subíndice de matriz es un operador binario que debe implementarse como miembro de la clase. Se utiliza para tipos similares a contenedores que permiten el acceso a sus elementos de datos mediante una clave. La forma canónica de proporcionarlos es la siguiente:

class X {
        value_type& operator[](index_type idx);
  const value_type& operator[](index_type idx) const;
  // ...
};

A menos que no desee que los usuarios de su clase puedan cambiar los elementos de datos devueltos por operator[] (en cuyo caso puede omitir la variante no constante), siempre debe proporcionar ambas variantes del operador.

Si se sabe que value_type se refiere a un tipo integrado, la variante const del operador debería devolver una copia en lugar de una referencia constante:

class X {
  value_type& operator[](index_type idx);
  value_type  operator[](index_type idx) const;
  // ...
};

Operadores para tipos tipo puntero

Para definir sus propios iteradores o punteros inteligentes, debe sobrecargar el operador de desreferencia del prefijo unario * y el operador de acceso a miembros de puntero infijo binario ->:

class my_ptr {
        value_type& operator*();
  const value_type& operator*() const;
        value_type* operator->();
  const value_type* operator->() const;
};

Tenga en cuenta que estos, también, casi siempre necesitarán una versión constante y una no constante. Para el -> operador, si value_type es de class (o struct or union) tipo, otro operator->() se llama de forma recursiva, hasta que un operator->() devuelve un valor de tipo que no es de clase.

El operador unario de dirección de nunca debe sobrecargarse.

Para operator->*() ver esta pregunta. Rara vez se usa y, por lo tanto, rara vez se sobrecarga. De hecho, ni siquiera los iteradores lo sobrecargan.

Continúa con el primer párrafo, este debe ir al grano y resumir el mensaje clave respondiendo a las preguntas: ¿Quién? ¿Qué? ¿Cuándo? ¿Dónde? Y ¿por qué? No debe tener más de XNUMX-XNUMX frases y debe ir en negrita. Operadores de conversión

Las tres reglas básicas de la sobrecarga de operadores en C ++

Cuando se trata de sobrecarga de operadores en C ++, hay tres reglas básicas que debes seguir. Como ocurre con todas estas reglas, de hecho existen excepciones. A veces, las personas se han desviado de ellos y el resultado no fue un código incorrecto, pero estas desviaciones positivas son pocas y distantes entre sí. Como mínimo, 99 de cada 100 desviaciones de este tipo que he visto no estaban justificadas. Sin embargo, bien podría haber sido 999 de 1000. Así que será mejor que te ciñas a las siguientes reglas.

1. Siempre que el significado de un operador no sea obviamente claro e indiscutible, no debe sobrecargarse. En su lugar, proporcione una función con un nombre bien elegido.
   Básicamente, la primera y más importante regla para sobrecargar a los operadores, en su esencia, dice: No lo hagas. Eso puede parecer extraño, porque hay mucho que saber sobre la sobrecarga de operadores y, por lo tanto, muchos artículos, capítulos de libros y otros textos tratan de todo esto. Pero a pesar de esta evidencia aparentemente obvia, Sorprendentemente, hay pocos casos en los que la sobrecarga del operador sea apropiada.. La razón es que en realidad es difícil entender la semántica detrás de la aplicación de un operador a menos que el uso del operador en el dominio de la aplicación sea bien conocido e indiscutible. Contrariamente a la creencia popular, este casi nunca es el caso.

2. Cíñete siempre a la conocida semántica del operador.
   C ++ no presenta limitaciones en la semántica de los operadores sobrecargados. Su compilador aceptará felizmente código que implemente el binario + operador para restar de su operando derecho. Sin embargo, los usuarios de dicho operador nunca sospecharían que la expresión a + b restar a a partir de octubre XNUMX b. Por supuesto, esto supone que la semántica del operador en el dominio de la aplicación es indiscutible.

3. Siempre proporcione todo de un conjunto de operaciones relacionadas.
   Los operadores están relacionados entre sí ya otras operaciones. Si su tipo admite a + b, los usuarios esperan poder llamar a += b, también. Si admite incremento de prefijo ++aellos esperarán a++ para trabajar también. Si pueden comprobar si a < b, seguramente también esperarán poder comprobar si a > b. Si pueden copiar-construir su tipo, esperan que la asignación también funcione.

Continúa con el primer párrafo, este debe ir al grano y resumir el mensaje clave respondiendo a las preguntas: ¿Quién? ¿Qué? ¿Cuándo? ¿Dónde? Y ¿por qué? No debe tener más de XNUMX-XNUMX frases y debe ir en negrita. La decisión entre miembro y no miembro.

La sintaxis general de la sobrecarga de operadores en C ++

No puede cambiar el significado de los operadores para los tipos integrados en C ++, los operadores solo se pueden sobrecargar para los tipos definidos por el usuario¹. Es decir, al menos uno de los operandos debe ser de un tipo definido por el usuario. Al igual que con otras funciones sobrecargadas, los operadores se pueden sobrecargar para un determinado conjunto de parámetros solo una vez.

No todos los operadores se pueden sobrecargar en C ++. Entre los operadores que no se pueden sobrecargar se encuentran: . :: sizeof typeid .* y el único operador ternario en C ++, ?:

Entre los operadores que se pueden sobrecargar en C ++ se encuentran estos:

• operadores aritméticos: + - * / % y += -= *= /= %= (todo infijo binario); + - (prefijo unario); ++ -- (prefijo unario y sufijo)
• manipulación de bits: & | ^ << >> y &= |= ^= <<= >>= (todo infijo binario); ~ (prefijo unario)
• álgebra de Boole: == != < > <= >= || && (todo infijo binario); ! (prefijo unario)
• gestión de la memoria: new new[] delete delete[]
• operadores de conversión implícitos
• miscelánea: = [] -> ->* , (todo infijo binario); * & (todo prefijo unario) () (llamada de función, infijo n-ario)

Sin embargo, el hecho de que pueden sobrecargar todos estos no significa que tú debe hazlo. Consulte las reglas básicas de sobrecarga de operadores.

En C ++, los operadores están sobrecargados en forma de funciones con nombres especiales. Al igual que con otras funciones, los operadores sobrecargados generalmente se pueden implementar como un función miembro del tipo de su operando izquierdo o como funciones no miembros. El hecho de que tenga la libertad de elegir o esté obligado a utilizar cualquiera de ellos depende de varios criterios.² Un operador unario @³, aplicado a un objeto x, se invoca como operator@(x) o como x.operator@(). Un operador de infijo binario @, aplicado a los objetos x y y, se llama como operator@(x,y) o como x.operator@(y).⁴

Los operadores que se implementan como funciones no miembros a veces son amigos del tipo de su operando.

¹ _{El término "definido por el usuario" puede ser un poco engañoso. C ++ hace la distinción entre tipos integrados y tipos definidos por el usuario. A los primeros pertenecen, por ejemplo, int, char y double; a este último pertenecen todos los tipos de estructura, clase, unión y enumeración, incluidos los de la biblioteca estándar, aunque no estén, como tales, definidos por los usuarios.}

² _{Esto está cubierto en una parte posterior de estas preguntas frecuentes.}

³ _{EL @ no es un operador válido en C ++, por lo que lo uso como marcador de posición.}

⁴ _{El único operador ternario en C ++ no se puede sobrecargar y el único operador n-ario siempre debe implementarse como una función miembro.}

Continúa con el primer párrafo, este debe ir al grano y resumir el mensaje clave respondiendo a las preguntas: ¿Quién? ¿Qué? ¿Cuándo? ¿Dónde? Y ¿por qué? No debe tener más de XNUMX-XNUMX frases y debe ir en negrita. Las tres reglas básicas de la sobrecarga de operadores en C ++.

La decisión entre miembro y no miembro

Los operadores binarios = (asignación), [] (suscripción de matriz), -> (acceso de miembros), así como el n-ary () (llamada de función) operador, siempre debe implementarse como funciones miembro, porque la sintaxis del lenguaje lo requiere.

Otros operadores pueden implementarse como miembros o como no miembros. Algunas de ellas, sin embargo, normalmente tienen que implementarse como funciones no miembros, porque usted no puede modificar su operando izquierdo. Los más destacados son los operadores de entrada y salida. << y >>, cuyos operandos de la izquierda son clases de flujo de la biblioteca estándar que no puede cambiar.

Para todos los operadores en los que tiene que elegir implementarlos como una función miembro o una función no miembro, usa las siguientes reglas generales para decidir:

1. Si es un operador unario, impleméntelo como un miembro función.
2. Si un operador binario trata ambos operandos por igual (los deja sin cambios), implemente este operador como un no es miembro función.
3. Si un operador binario lo hace no tratar sus dos operandos igualmente (normalmente cambiará su operando izquierdo), puede ser útil convertirlo en un miembro función del tipo de su operando izquierdo, si tiene que acceder a las partes privadas del operando.

Por supuesto, como ocurre con todas las reglas generales, hay excepciones. Si tienes un tipo

enum Month {Jan, Feb, ..., Nov, Dec}

y desea sobrecargar los operadores de incremento y decremento para ello, no puede hacer esto como funciones miembro, ya que en C ++, los tipos de enumeración no pueden tener funciones miembro. Entonces tienes que sobrecargarlo como una función gratuita. Y operator<() para una plantilla de clase anidada dentro de una plantilla de clase es mucho más fácil de escribir y leer cuando se hace como una función miembro en línea en la definición de clase. Pero estas son de hecho raras excepciones.

(Sin embargo, if haces una excepción, no olvides el tema de const-ness para el operando que, para funciones miembro, se convierte en el implícito this argumento. Si el operador como una función no miembro tomaría su argumento más a la izquierda como un const referencia, el mismo operador que una función miembro debe tener una const al final para hacer *this a const referencia.)

Continúa con el primer párrafo, este debe ir al grano y resumir el mensaje clave respondiendo a las preguntas: ¿Quién? ¿Qué? ¿Cuándo? ¿Dónde? Y ¿por qué? No debe tener más de XNUMX-XNUMX frases y debe ir en negrita. Operadores comunes para sobrecargar.

Operadores de conversión (también conocidos como conversiones definidas por el usuario)

En C ++ puede crear operadores de conversión, operadores que permiten al compilador convertir entre sus tipos y otros tipos definidos. Hay dos tipos de operadores de conversión, implícitos y explícitos.

Operadores de conversión implícitos (C ++ 98 / C ++ 03 y C ++ 11)

Un operador de conversión implícita permite al compilador convertir implícitamente (como la conversión entre int y long) el valor de un tipo definido por el usuario a algún otro tipo.

La siguiente es una clase simple con un operador de conversión implícito:

class my_string {
public:
  operator const char*() const {return data_;} // This is the conversion operator
private:
  const char* data_;
};

Los operadores de conversión implícitos, como los constructores de un argumento, son conversiones definidas por el usuario. Los compiladores otorgarán una conversión definida por el usuario cuando intenten hacer coincidir una llamada con una función sobrecargada.

void f(const char*);

my_string str;
f(str); // same as f( str.operator const char*() )

Al principio, esto parece muy útil, pero el problema con esto es que la conversión implícita incluso se activa cuando no se espera que lo haga. En el siguiente código, void f(const char*) será llamado porque my_string() no es un lvalor, por lo que el primero no coincide:

void f(my_string&);
void f(const char*);

f(my_string());

Los principiantes se equivocan fácilmente e incluso los programadores de C ++ experimentados a veces se sorprenden porque el compilador elige una sobrecarga que no sospechaban. Estos problemas pueden mitigarse mediante operadores de conversión explícitos.

Operadores de conversión explícitos (C ++ 11)

A diferencia de los operadores de conversión implícitos, los operadores de conversión explícitos nunca se activan cuando no se espera que lo hagan. La siguiente es una clase simple con un operador de conversión explícito:

class my_string {
public:
  explicit operator const char*() const {return data_;}
private:
  const char* data_;
};

Note la explicit. Ahora, cuando intenta ejecutar el código inesperado de los operadores de conversión implícitos, obtiene un error del compilador:

prog.cpp: En la función 'int main ()': prog.cpp: 15: 18: error: no hay función coincidente para la llamada a 'f (my_string)' prog.cpp: 15: 18: nota: los candidatos son: prog. cpp: 11: 10: note: void f (my_string &) prog.cpp: 11: 10: note: no se conoce la conversión del argumento 1 de 'my_string' a 'my_string &' prog.cpp: 12: 10: note: void f ( const char *) prog.cpp: 12: 10: nota: no se conoce la conversión del argumento 1 de 'my_string' a 'const char *'

Para invocar el operador de conversión explícito, debe usar static_cast, un elenco de estilo C o un elenco de estilo constructor (es decir, T(value) ).

Sin embargo, hay una excepción a esto: el compilador puede convertir implícitamente a bool. Además, el compilador no puede realizar otra conversión implícita después de convertir a bool (un compilador puede hacer 2 conversiones implícitas a la vez, pero solo 1 conversión definida por el usuario como máximo).

Porque el compilador no emitirá "pasado" bool, los operadores de conversión explícitos ahora eliminan la necesidad de Idioma de Safe Bool. Por ejemplo, los punteros inteligentes anteriores a C ++ 11 usaban el modismo Safe Bool para evitar conversiones a tipos integrales. En C ++ 11, los punteros inteligentes usan un operador explícito en su lugar porque el compilador no puede convertir implícitamente a un tipo integral después de convertir explícitamente un tipo en bool.

Continúa con el primer párrafo, este debe ir al grano y resumir el mensaje clave respondiendo a las preguntas: ¿Quién? ¿Qué? ¿Cuándo? ¿Dónde? Y ¿por qué? No debe tener más de XNUMX-XNUMX frases y debe ir en negrita. Sobrecarga new y delete.

Sobrecarga new y delete

^{Nota: Esto solo se ocupa de la sintaxis de sobrecarga new y delete, no con el implementación de tales operadores sobrecargados. Creo que la semántica de la sobrecarga new y delete merecen sus propias preguntas frecuentes, dentro del tema de la sobrecarga de operadores, nunca podré hacerle justicia.}

Eavor-Loop™

En C ++, cuando escribe un nueva expresión como new T(arg) Suceden dos cosas cuando se evalúa esta expresión: Primero operator new se invoca para obtener memoria en bruto, y luego el constructor apropiado de T se invoca para convertir esta memoria en bruto en un objeto válido. Del mismo modo, cuando elimina un objeto, primero se llama a su destructor y luego se devuelve la memoria a operator delete.
C ++ le permite ajustar estas dos operaciones: la gestión de la memoria y la construcción / destrucción del objeto en la memoria asignada. Esto último se realiza escribiendo constructores y destructores para una clase. La gestión de la memoria de ajuste fino se realiza escribiendo su propia operator new y operator delete.

La primera de las reglas básicas de la sobrecarga de operadores: no lo hagas - se aplica especialmente a la sobrecarga new y delete. Casi las únicas razones para sobrecargar a estos operadores son Problemas de rendimiento y restricciones de memoria, y en muchos casos, otras acciones, como cambios en los algoritmos usado, proporcionará mucho mayor relación costo / beneficio que intentar modificar la gestión de la memoria.

La biblioteca estándar de C ++ viene con un conjunto de new y delete operadores. Los más importantes son estos:

void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc); 
void  operator delete(void*) throw(); 
void* operator new[](std::size_t) throw(std::bad_alloc); 
void  operator delete[](void*) throw(); 

Los dos primeros asignan / desasignan memoria para un objeto, los dos últimos para una matriz de objetos. Si proporciona sus propias versiones de estos, no sobrecargar, sino reemplazar los de la biblioteca estándar.
Si te sobrecargas operator new, siempre debe sobrecargar la coincidencia operator delete, incluso si nunca tiene la intención de llamarlo. La razón es que, si un constructor arroja durante la evaluación de una nueva expresión, el sistema de tiempo de ejecución devolverá la memoria al operator delete coincidiendo con el operator new que se llamó para asignar la memoria para crear el objeto en. Si no proporciona una coincidencia operator delete, se llama al predeterminado, que casi siempre es incorrecto.
Si te sobrecargas new y delete, también debería considerar sobrecargar las variantes de la matriz.

Colocación provisional new

C ++ permite que los operadores nuevos y de eliminación tomen argumentos adicionales.
La denominada ubicación nueva le permite crear un objeto en una determinada dirección que se pasa a:

class X { /* ... */ };
char buffer[ sizeof(X) ];
void f()
{ 
  X* p = new(buffer) X(/*...*/);
  // ... 
  p->~X(); // call destructor 
} 

La biblioteca estándar viene con las sobrecargas apropiadas de los operadores new y delete para esto:

void* operator new(std::size_t,void* p) throw(std::bad_alloc); 
void  operator delete(void* p,void*) throw(); 
void* operator new[](std::size_t,void* p) throw(std::bad_alloc); 
void  operator delete[](void* p,void*) throw(); 

Tenga en cuenta que, en el código de ejemplo para la ubicación nueva dado anteriormente, operator delete nunca se llama, a menos que el constructor de X arroje una excepción.

También puedes sobrecargar new y delete con otros argumentos. Al igual que con el argumento adicional para la ubicación nueva, estos argumentos también se enumeran entre paréntesis después de la palabra clave new. Simplemente por razones históricas, estas variantes a menudo también se denominan colocación nueva, incluso si sus argumentos no son para colocar un objeto en una dirección específica.

Nuevos y eliminados específicos de la clase

Por lo general, querrá ajustar la administración de la memoria porque la medición ha demostrado que las instancias de una clase específica, o de un grupo de clases relacionadas, se crean y destruyen con frecuencia y que la administración de memoria predeterminada del sistema de tiempo de ejecución está ajustada para desempeño general, trata de manera ineficiente en este caso específico. Para mejorar esto, puede sobrecargar nuevo y eliminar para una clase específica:

class my_class { 
  public: 
    // ... 
    void* operator new();
    void  operator delete(void*,std::size_t);
    void* operator new[](size_t);
    void  operator delete[](void*,std::size_t);
    // ... 
}; 

Así, sobrecargado, new y delete se comportan como funciones miembro estáticas. Para objetos de my_class, la std::size_t el argumento siempre será sizeof(my_class). Sin embargo, estos operadores también se llaman para objetos asignados dinámicamente de clases derivadas, en cuyo caso podría ser mayor que eso.

Global nuevo y eliminar

Para sobrecargar el nuevo global y eliminarlo, simplemente reemplace los operadores predefinidos de la biblioteca estándar con los nuestros. Sin embargo, esto rara vez es necesario.

Porque no puedo operator<< función para transmitir objetos a std::cout o para que un archivo sea una función miembro?

Digamos que tienes:

struct Foo
{
   int a;
   double b;

   std::ostream& operator<<(std::ostream& out) const
   {
      return out << a << " " << b;
   }
};

Dado eso, no puede usar:

Foo f = {10, 20.0};
std::cout << f;

Como operator<< está sobrecargado como función miembro de Foo, el LHS del operador debe ser un Foo objeto. Lo que significa que se le pedirá que utilice:

Foo f = {10, 20.0};
f << std::cout

que es muy poco intuitivo.

Si lo define como una función no miembro,

struct Foo
{
   int a;
   double b;
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& out, Foo const& f)
{
   return out << f.a << " " << f.b;
}

Podrás utilizar:

Foo f = {10, 20.0};
std::cout << f;

que es muy intuitivo.