Операторы в C и C++

Язык программирования C++ поддерживает все операторы своего прародителя Си и дополнен новыми операторами и возможностями.

например, операторами приведения типа:
возможность перегрузки операторов;

После вычисления первого операнда для неперегруженных операторов «&&», «||» и «,» (оператор «запятая», англ. comma) компилятор вставляет точку следования (англ. sequence point), гарантирующую, что все побочные эффекты (например, оператор «постфиксный ++») будут выполнены до начала вычисления второго операнда.

Языки с Си-подобным синтаксисом (например, Java, C#, PHP и другие) часто заимствуют операторы Cи/C++ с сохранением не только поведения, но также приоритета и ассоциативности.

Таблицы

В таблицах используются следующие обозначения:

«a», «b» и «c»: имена объектов или значения (литералы, значения переменных, возвращаемые значения, lvalue);
«Перегружаемый»: возможность перегрузки оператора в языке C++;
«Реализован в Си»: существование оператора в языке Си;
«R», «T», «S»: имена типов;
«Пример»: пример объявления перегруженного оператора;
«Член типа T»: определение оператора в виде метода структуры или класса (внутри структуры или класса); пример:

struct T { // или class
   operator float () const;
};
T::operator float () const { /* реализация */ };

«Определение вне класса»: определение оператора в виде функции; пример:

#include <iostream>
struct T { // или class
   /* ... */
};
std::ostream & operator << ( std::ostream & a, T const & b ) { /* реализация */ }

«Н/Д»: недоступно.

Арифметические операторы

Операция (выражение)		Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Операция (выражение)		Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Присваивание		`=`	`a = b`	Да	Да	`R& T::operator =(S b);`	н/д
Сложение		`+`	`a + b`	Да	Да	`R T::operator +(S b);`	`R operator +(T a, S b);`
Вычитание		`-`	`a - b`	Да	Да	`R T::operator -(S b);`	`R operator -(T a, S b);`
Унарный плюс		`+`	`+a`	Да	Да	`R T::operator +();`	`R operator +(T a);`
Унарный минус		`-`	`-a`	Да	Да	`R T::operator -();`	`R operator -(T a);`
Умножение		`*`	`a * b`	Да	Да	`R T::operator *(S b);`	`R operator *(T a, S b);`
Деление		`/`	`a / b`	Да	Да	`R T::operator /(S b);`	`R operator /(T a, S b);`
Операция модуль (остаток от деления целых чисел)^{[note 1]}		%	`a % b`	Да	Да	`R T::operator %(S b);`	`R operator %(T a, S b);`
Инкремент	префиксный	`++`	`++a`	Да	Да	`R& T::operator ++();`	`R& operator ++(T a);`
	суффиксный (постфиксный)	`++`	`a++`	Да	Да	`R T::operator ++(int);`	`R operator ++(T a, int);`
	суффиксный (постфиксный)	`++`	`a++`	Да	Да	^{[note 2]}
Декремент	префиксный	`--`	`--a`	Да	Да	`R& T::operator --();`	`R& operator --(T a);`
	суффиксный (постфиксный)	`--`	`a--`	Да	Да	`R T::operator --(int);`	`R operator --(T a, int);`
	суффиксный (постфиксный)	`--`	`a--`	Да	Да	^{[note 2]}

Операторы сравнения

Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Равенство	`==`	`a == b`	Да	Да	`R T::operator ==(S b);`	`R operator ==(T a, S b);`
Неравенство	`!=`	`a != b`	Да	Да	`R T::operator !=(S b);`	`R operator !=(T a, S b);`
Больше	`>`	`a > b`	Да	Да	`R T::operator >(S b);`	`R operator >(T a, S b);`
Меньше	`<`	`a < b`	Да	Да	`R T::operator <(S b);`	`R operator <(T a, S b);`
Больше или равно	`>=`	`a >= b`	Да	Да	`R T::operator >=(S b);`	`R operator >=(T a, S b);`
Меньше или больше	`<=`	`a <= b`	Да	Да	`R T::operator <=(S b);`	`R operator <=(T a, S b);`

Логические операторы

Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Логическое отрицание, НЕ	`!`	`!a`	Да	Да	`R T::operator !();`	`R operator !(T a);`
Логическое умножение, И	`&&`	`a && b`	Да	Да	`R T::operator &&(S b);`	`R operator &&(T a, S b);`
Логическое сложение, ИЛИ	`\|\|`	`a \|\| b`	Да	Да	`R T::operator \|\|(S b);`	`R operator \|\|(T a, S b);`

Побитовые операторы

Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Побитовая инверсия	`~`	`~a`	Да	Да	`R T::operator ~();`	`R operator ~(T a);`
Побитовое И	`&`	`a & b`	Да	Да	`R T::operator &(S b);`	`R operator &(T a, S b);`
Побитовое ИЛИ (or)	`\|`	`a \| b`	Да	Да	`R T::operator \|(S b);`	`R operator \|(T a, S b);`
Побитовое исключающее ИЛИ (xor)	`^`	`a ^ b`	Да	Да	`R T::operator ^(S b);`	`R operator ^(T a, S b);`
Побитовый сдвиг влево^{[note 3]}	`<<`	`a << b`	Да	Да	`R T::operator <<(S b);`	`R operator <<(T a, S b);`
Побитовый сдвиг вправо^{[note 3]}^{[note 4]}	`>>`	`a >> b`	Да	Да	`R T::operator >>(S b);`	`R operator >>(T a, S b);`

Составное присваивание

Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Значение	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Операция (выражение)	Оператор	Синтаксис выражения	Значение	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Сложение, совмещённое с присваиванием	`+=`	`a += b`	`a = a + b`	Да	Да	`R T::operator +=(S b);`	`R operator +=(T a, S b);`
Вычитание, совмещённое с присваиванием	`-=`	`a -= b`	`a = a - b`	Да	Да	`R T::operator -=(S b);`	`R operator -=(T a, S b);`
Умножение, совмещённое с присваиванием	`*=`	`a *= b`	`a = a * b`	Да	Да	`R T::operator *=(S b);`	`R operator *=(T a, S b);`
Деление, совмещённое с присваиванием	`/=`	`a /= b`	`a = a / b`	Да	Да	`R T::operator /=(S b);`	`R operator /=(T a, S b);`
Вычисление остатка от деления, совмещённое с присваиванием^{[note 1]}	`%=`	`a %= b`	`a = a % b`	Да	Да	`R T::operator %=(S b);`	`R operator %=(T a, S b);`
Побитовое «И» (AND), совмещённое с присваиванием	`&=`	`a &= b`	`a = a & b`	Да	Да	`R T::operator &=(S b);`	`R operator &=(T a, S b);`
Побитовое «ИЛИ» (or), совмещённое с присваиванием	`\|=`	`a \|= b`	`a = a \| b`	Да	Да	`R T::operator \|=(S b);`	`R operator \|=(T a, S b);`
Побитовое «исключающее ИЛИ» (xor), совмещённое с присваиванием	`^=`	`a ^= b`	`a = a ^ b`	Да	Да	`R T::operator ^=(S b);`	`R operator ^=(T a, S b);`
Побитовый сдвиг влево, совмещённый с присваиванием	`<<=`	`a <<= b`	`a = a << b`	Да	Да	`R T::operator <<=(S b);`	`R operator <<=(T a, S b);`
Побитовый сдвиг вправо, совмещённый с присваиванием^{[note 4]}	`>>=`	`a >>= b`	`a = a >> b`	Да	Да	`R T::operator >>=(S b);`	`R operator >>=(T a, S b);`

Операторы работы с указателями и членами класса

Оператор	Синтаксис	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Оператор	Синтаксис	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Обращение к элементу массива	`a[b]`	Да	Да	`R T::operator [](S b);`	н/д
Непрямое обращение («объект, на который указывает a»)	`*a`	Да	Да	`R T::operator *();`	`R operator *(T a);`
Ссылка («адрес a»)	`&a`	Да	Да	`R T::operator &();`	`R operator &(T a);`
Обращение к члену структуры («член b объекта, на который указывает a»)	`a->b`	Да	Да	`R* T::operator ->();`^{[note 5]}	н/д
Обращение к члену структуры («член b объекта a»)	`a.b`	Нет	Да	н/д
Член, на который указывает b в объекте, на который указывает a^{[note 6]}	`a->*b`	Да	Нет	`R T::operator ->*(S b);`	`R operator ->*(T a, S b);`
Член, на который указывает b в объекте a	`a.*b`	Нет	Нет	н/д

Другие операторы

Оператор	Синтаксис	Перегружаемый	Реализован в Си	Пример
Оператор	Синтаксис	Перегружаемый	Реализован в Си	Член типа T	Определение вне класса
Функтор	`a(a1, a2)`	Да	Да	`R T::operator ()(S a1, U a2, ...);`	н/д
Оператор «запятая»	`a, b`	Да	Да	`R T::operator ,(S b);`	`R operator ,(T a, S b);`
Тернарная условная операция	`a ? b : c`	Нет	Да	н/д
Оператор расширения области видимости	`a::b`	Нет	Нет	н/д
Пользовательские литералы (введены в C++11)	`"a"_b`	Да	Нет	н/д	`R operator "" _b(T a)`
Sizeof (размер)	`sizeof(a)`^{[note 7]} `sizeof(type)`	Нет	Да	н/д
Align-of (выравнивание)	`alignof(type)` или `_Alignof(type)`^{[note 8]}	Нет	Да	н/д
Интроспекция	`typeid(a)` `typeid(type)`	Нет	Нет	н/д
Приведение типа	`(type) a`	Да	Да	`T::operator R();`	н/д
Приведение типа	`(type) a`	Да	Да	^{[note 9]}
Выделение памяти	`new type`	Да	Нет	`void* T::operator new(size_t x);`	`void* operator new(size_t x);`
Выделение памяти для массива	`new type[n]`	Да	Нет	`void* T::operator new[](size_t x);`	`void* operator new[](size_t x);`
Освобождение памяти	`delete a`	Да	Нет	`void T::operator delete(void* x);`	`void operator delete(void* x);`
Освобождение памяти, занятой массивом	`delete[] a`	Да	Нет	`void T::operator delete[](void* x);`	`void operator delete[](void* x);`

Примечания:

↑ ¹ ² Оператор «%» работает только с целыми числами. Для чисел с плавающей точкой используйте функцию fmod() из файла «math.h».
↑ ¹ ² Чтобы отличить префиксный и суффиксный (постфиксный) операторы друг от друга, у постфиксных операторов добавлен неиспользуемый формальный параметр типа int. Часто этому параметру даже не дают имя.
↑ ¹ ² В библиотеке «iostream» операторы «<<» и «>>» используются для работы с потоковым выводом и вводом.
↑ ¹ ² По стандарту C99, сдвиг вправо отрицательного числа — implementation defined behavior (см. неуточняемое поведение). Многие компиляторы, в том числе gcc (см. документацию Архивная копия от 22 сентября 2019 на Wayback Machine (англ.)), реализуют арифметический сдвиг, но стандарт не запрещает реализовывать логический сдвиг.
↑ Тип возвращаемого значения оператора «operator->()» должен быть типом, к которому применим оператор «->», например, указателем. Если «x» имеет тип «C», и класс «C» перегружает оператор «operator->()», выражение «x->y» раскрывается как «x.operator->()->y».
↑ См. пример в статье Архивная копия от 17 мая 2013 на Wayback Machine (англ.) «Реализация оператора ->* для умных указателей» Скотта Майерса из журнала «Dr. Dobb’s journal», выпуск за октябрь 1999 года.
↑ Оператор sizeof, обычно, записывают со скобками. Если операнд — имя переменной, указание скобок необязательно. Если операнд — имя типа, скобки обязательны.
↑ Стандарт языка C++ определяет оператор alignof. Аналогичный оператор в стандарте языка Си называется _Alignof.
↑ Для оператора приведения типа тип возвращаемого значения явно не указывается, так как совпадает с именем оператора.

Приоритеты операторов

В данной таблице указаны приоритеты операторов и их ассоциативность. Операторы, указанные в таблице выше (раньше), имеют более высокий приоритет (приоритет вычисления). При рассмотрении выражения, операторы, имеющие более высокий приоритет, будут вычислены раньше операторов с низким приоритетом. Если несколько операторов указаны в одной ячейке, то они имеют одинаковый приоритет и вычисляются в последовательности, задаваемой ассоциативностью. Приоритеты операторов не изменяются при их перегрузке.

Этой таблицы приоритетов в большинстве случаев бывает достаточно, за исключением следующих случаев. Тернарный оператор «?:» может содержать в среднем выражении оператор «запятая» или присваивание, но код «a ? b, c : d» компилятор воспринимает как «a ? (b, c) : d», а не как бессмысленное выражение «(a ? b), (c : d)». Таким образом выражение между ? и : воспринимается, как если бы оно было в скобках.

Приоритет	Оператор	Описание	Ассоциативность
1 Наивысший	`::`	Разрешение области видимости	Нет
2	`++`	Суффиксный инкремент	Слева направо
	`--`	Суффиксный декремент
	`()`	Вызов функции
	`[]`	Взятие элемента массива
	`.`	Выбор элемента по ссылке
	`->`	Выбор элемента по указателю
	`typeid()`	RTTI (только C++; см typeid)
	`const_cast`	Приведение типа (C++) (см const cast)
	`dynamic_cast`	Приведение типа (C++) (см dynamic cast)
	`reinterpret_cast`	Каламбур типизации (C++) (см reinterpret_cast)
	`static_cast`	Приведение типа (C++) (см static cast)
3	`++`	Префиксный инкремент	Справа налево
	`--`	Префиксный декремент
	`+`	Унарный плюс
	`-`	Унарный минус
	`!`	Логическое НЕ
	`~`	Побитовое НЕ
	`(type)`	Приведение типа
	`*`	Разыменование указателя
	`&`	Взятие адреса объекта
	`sizeof`	Sizeof (размер)
	`new`, `new[]`	Выделение динамической памяти (C++)
	`delete`, `delete[]`	Освобождение динамической памяти (C++)
4	`.*`	Указатель на член (C++)	Слева направо
4	`->*`	Указатель на член (C++)
5	`*`	Умножение
	`/`	Деление
	`%`	Получение остатка от деления
6	`+`	Сложение
6	`-`	Вычитание
7	`<<`	Побитовый сдвиг влево
7	`>>`	Побитовый сдвиг вправо
8	`<`	Меньше
	`<=`	Меньше или равно
	`>`	Больше
	`>=`	Больше или равно
9	`==`	Равенство
9	`!=`	Неравенство
10	`&`	Побитовое И (and)
11	`^`	Побитовое исключающее ИЛИ (xor)
12	`\|`	Побитовое ИЛИ (or)
13	`&&`	Логическое И
14	`\|\|`	Логическое ИЛИ
15	`?:`	Тернарная условная операция	Справа налево
	`=`	Присваивание
	`+=`	Сложение, совмещённое с присваиванием
	`-=`	Вычитание, совмещённое с присваиванием
	`*=`	Умножение, совмещённое с присваиванием
	`/=`	Деление, совмещённое с присваиванием
	`%=`	Вычисление остатка от деления, совмещённое с присваиванием
	`<<=`	Побитовый сдвиг влево, совмещённый с присваиванием
	`>>=`	Побитовый сдвиг вправо, совмещённый с присваиванием
	`&=`	Побитовое «И», совмещённое с присваиванием
	`\|=`	Побитовое «ИЛИ», совмещённое с присваиванием
	`^=`	Побитовое «исключающее ИЛИ» (xor), совмещённое с присваиванием
	`throw`	Оператор создания исключения (C++)
16	`,`	Оператор «запятая»	Слева направо

Описание

Компилятор использует таблицу приоритетов для определения порядка вычисления операторов.

Например, ++x*3 был бы двусмысленным без каких-либо правил приоритетов. По таблице можно сказать, что x сначала связывается с оператором ++, и только затем с оператором *, поэтому независимо от действия оператора ++, это действие только над x (а не над x*3). Таким образом, выражение эквивалентно (++x, x*3).
Аналогично с кодом 3*x++, где таблица утверждает, что инкремент применяется только к x а не к 3*x. Функционально это выражение эквивалентно (tmp=x, x++, tmp=3*tmp, tmp), если выразить временную переменную как tmp.

Приоритеты и связывание

Связывание операторов в стандартах Си и C++ определено через грамматику языка, а не через таблицу. Это может создать конфликт. Например, в языке Си синтаксис условного оператора таков:

logical-OR-expression ? expression : conditional-expression

А в языке C++:

logical-OR-expression ? expression : assignment-expression

Из-за этого выражение:

e = a < d ? a++ : a = d

будет воспринято по-разному в этих двух языках. В Си выражение синтаксически некорректно, так как результат условного оператора не может служить lvalue (то есть, левой частью оператора присваивания).

В C++, выражение будет разобрано как корректное:^[1]

e = (a < d ? a++ : (a = d))

Приоритеты побитовых логических операторов несколько неинтуитивны^[2]. Концептуально & и | являются такими же арифметическими операторами как * и + соответственно.

Выражение a & b == 7 синтаксически воспринимается как a & (b == 7), но выражение a + b == 7 эквивалентно (a + b) == 7. Из-за этого часто требуется пользоваться скобками для явного задания порядка вычислений.

Синонимы операторов в C++

В стандарте C++ определены^[3] диграфы для некоторых операторов:

Диграф	Эквивалентная строка
and	&&
bitand	&
and_eq	&=
or	\|\|
bitor	\|
or_eq	\|=
xor	^
xor_eq	^=
not	!
not_eq	!=
compl	~

Диграфы могут использоваться точно так же как и операторы, являются синонимами операторов. Например, диграф «bitand» может использоваться для замены операторов «побитовое И» и «получение адреса» или в определении ссылочных типов. Так, код «int bitand ref = n;» эквивалентен коду «int & ref = n;».

Стандарт ANSI/ISO C определяет перечисленные диграфы в виде констант #define (см. препроцессор). Константы определены в заголовочном файле «iso646.h». Для совместимости с Си стандарт C++ определяет фиктивный заголовочный файл «ciso646».

Примечания

↑ Does the C/C++ ternary operator actually have the same precedence as assignment operators? (неопр.) Stack Overflow. Дата обращения: 22 сентября 2019. Архивировано 6 августа 2020 года.
↑ Chistory (неопр.). Дата обращения: 11 января 2013. Архивировано из оригинала 22 июня 2013 года.
↑ ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 - Комитет по стандартизации C++. ISO/IEC 14882:1998(E) Язык программирования C++ (англ.) (рус.). — Международная группа по стандартизации языка программирования C++, 1998. — С. 40—41.

Ссылки

Статья Архивная копия от 26 февраля 2019 на Wayback Machine (англ.) «Операторы C++» на сайте cppreference.com.
Статья Архивная копия от 4 марта 2013 на Wayback Machine (англ.) «Префиксные и постфиксные операторы в языках Си и C++» на сайте msdn.microsoft.com.
ISO/IEC 14882

[modulo-1] ¹ ² Оператор «%» работает только с целыми числами. Для чисел с плавающей точкой используйте функцию fmod() из файла «math.h».

[postfix-int-2] ¹ ² Чтобы отличить префиксный и суффиксный (постфиксный) операторы друг от друга, у постфиксных операторов добавлен неиспользуемый формальный параметр типа int. Часто этому параметру даже не дают имя.

[bitshift-3] ¹ ² В библиотеке «iostream» операторы «<<» и «>>» используются для работы с потоковым выводом и вводом.

[rightbitshift-4] ¹ ² По стандарту C99, сдвиг вправо отрицательного числа — implementation defined behavior (см. неуточняемое поведение). Многие компиляторы, в том числе gcc (см. документацию Архивная копия от 22 сентября 2019 на Wayback Machine (англ.)), реализуют арифметический сдвиг, но стандарт не запрещает реализовывать логический сдвиг.

[arrowptr-5] Тип возвращаемого значения оператора «operator->()» должен быть типом, к которому применим оператор «->», например, указателем. Если «x» имеет тип «C», и класс «C» перегружает оператор «operator->()», выражение «x->y» раскрывается как «x.operator->()->y».

[arrowstar-6] См. пример в статье Архивная копия от 17 мая 2013 на Wayback Machine (англ.) «Реализация оператора ->* для умных указателей» Скотта Майерса из журнала «Dr. Dobb’s journal», выпуск за октябрь 1999 года.

[sizeof-7] Оператор sizeof, обычно, записывают со скобками. Если операнд — имя переменной, указание скобок необязательно. Если операнд — имя типа, скобки обязательны.

[alignof-8] Стандарт языка C++ определяет оператор alignof. Аналогичный оператор в стандарте языка Си называется _Alignof.

[operator_type_return_value-9] Для оператора приведения типа тип возвращаемого значения явно не указывается, так как совпадает с именем оператора.

[13] Does the C/C++ ternary operator actually have the same precedence as assignment operators? (неопр.) Stack Overflow. Дата обращения: 22 сентября 2019. Архивировано 6 августа 2020 года.

[14] Chistory (неопр.). Дата обращения: 11 января 2013. Архивировано из оригинала 22 июня 2013 года.

[15] ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 - Комитет по стандартизации C++. ISO/IEC 14882:1998(E) Язык программирования C++ (англ.) (рус.). — Международная группа по стандартизации языка программирования C++, 1998. — С. 40—41.

[note 1]

[note 2]

[note 3]

[note 4]

[note 5]

[note 6]

[note 7]

[note 8]

[note 9]

[1]

[2]

[3]