C++之運算符重載（上）

1、概念

所謂重載，就是重新賦予新的含義。函數重載就是對一個已有的函數賦予新的含義，使之實現新功能，因此，一個函數名就可以用來代表不同功能的函數，也就是”一名多用”。

運算符也可以重載。實際上，我們已經在不知不覺之中使用了運算符重載。例如，大 家都已習慣于用加法運算符”+”對整數、單精度數和雙精度數進行加法運算，如5+8， 5.8 +3.67等，其實計算機對整數、單精度數和雙精度數的加法操作過程是很不相同的， 但由于C++已經對運算符”+”進行了重載，所以就能適用于int, float, doUble類型的運算。

又如”<<“是C++的位運算中的位移運算符（左移），但在輸出操作中又是與流對 象cout 配合使用的流插入運算符，”>>“也是位移運算符(右移），但在輸入操作中又是與流對象 cin 配合使用的流提取運算符。這就是運算符重載(operator overloading)。C++系統對”<<“和”>>“進行了重載，用戶在不同的場合下使用它們時，作用是不同 的。對”<<“和”>>“的重載處理是放在頭文件stream中的。因此，如果要在程序中用”<< “和”>>”作流插入運算符和流提取運算符，必須在本文件模塊中包含頭文件stream(當然還應當包括”using namespace std“)。
現在要討論的問題是：用戶能否根據自己的需要對C++已提供的運算符進行重載，賦予它們新的含義，使之一名多用。

  • 運算符重載入門技術推演
    • 為什么會用運算符重載機制
      用復數類舉例 
Complex c3 = c1 + c2;

原因 Complex是用戶自定義類型，編譯器根本不知道如何進行加減.因此編譯器給提供了一種機制，讓用戶自己去完成，自定義類型的加減操作。這個機制就是運算符重載機制

  • 運算符重載的本質是一個函數
#include <stdio.h>// a + bi
class Complex
{friend Complex add (Complex &a, Complex &b);friend Complex operator+ (Complex &a, Complex &b);
public:Complex(){m_a = 0;m_b = 0;}Complex (int a, int b){m_a = a;m_b = b;}void print (){printf ("%d + %di\n", m_a, m_b);}Complex operator- (Complex &b){Complex tmp(m_a-b.m_a, m_b-b.m_b);return tmp;}private:int m_a;int m_b;
};// 全局函數
Complex add (Complex &a, Complex &b)
{Complex tmp(a.m_a+b.m_a, a.m_b+b.m_b);return tmp;
}// 運算符重載: 本質是一個函數
// 函數名字組成：operator + 要重載的運算符
Complex operator+ (Complex &a, Complex &b)
{Complex tmp(a.m_a+b.m_a, a.m_b+b.m_b);return tmp;
}// 運算符重載：給運算符重新定義功能
// 1、寫函數名：operator + 重載的運算符
// 2、根據運算需求  寫函數的 參數列表
// 3、根據需求 寫出函數返回值的類型 
int main()
{Complex c1(1,2), c2(3,4), c3, c4;c1.print();c2.print();// c3 = c1 + c2; // Complex 自定義的類，編譯器不知道以什么規則進行運算// c3 = add(c1, c2);// c3 = operator+(c1, c2);c3 = c1 + c2;  // ===> operator+(c1, c2);c3.print();// c4 = c3.operator-(c2);  // c3 - c2c4 = c3 - c2; // ====>  c4 = c3.operator-(c2)/operator-(c1, c2);// ( operator+(c1, c3) ).operator-(c2)c4 = c1 + c3 - c2;c4.print();return 0;
}int mai3_1()
{int a = 10, b= 20, c;c = a + b;    // 基礎的數據做運算，編譯器直到怎么做printf ("c = %d\n", c);return 0;
}

2、限制

這里寫圖片描述

3、基礎

這里寫圖片描述
例如：

//全局函數 完成 +操作符 重載
Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2)
//類成員函數 完成 -操作符 重載
Complex operator-(Complex &c2)
  • 運算符重載的兩種方法
    這里寫圖片描述
    這里寫圖片描述

例如1:通過類成員函數完成-操作符重載

//函數聲明 Complex operator-(Complex &c2)
//函數調用分析
//用類成員函數實現-運算符重載Complex c4 = c1 - c2;c4.printCom();//c1.operator-(c2);

例如2:通過全局函數方法完成+操作符重載

//函數聲明 Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2) 
//函數調用分析
int main()
{Complex c1(1, 2), c2(3, 4);//Complex c31 = operator+(c1, c2);
Complex c3 = c1 + c2; 
c3.printCom();
}

這里寫圖片描述
例如3

//前置++操作符 用全局函數實現 
Complex& operator++(Complex &c1) 
{c1.a ++;   c1.b ++;return c1;  
}
//調用方法 
++c1 ;               //需要寫出操作符重載函數原形 
c1.printCom();//運算符重載函數名定義 
//首先承認操作符重載是一個函數 定義函數名operator++ 
//分析函數參數 根據左右操作數的個數,operator++(Complex &c1) 
//分析函數返回值Complex& operator++(Complex &c1) 返回它自身

例如4

//4.1前置--操作符 成員函數實現
Complex& operator--()
{this->a--;this->b--;return *this;
}//4.2調用方法 
--c1; 
c1.printCom(); 
//4.3前置—運算符重載函數名定義 
//c1.operator–()

例如5

//5.1 //后置++ 操作符 用全局函數實現
Complex operator++(Complex &c1, int) 
{Complex tmp = c1;c1.a++;c1.b++;return tmp;
}//5.2 調用方法 
c1 ++ ; //先使用 后++ 
//5.3 后置++運算符重載函數名定義 
Complex operator++(Complex &c1, int)

函數占位參數 和 前置++ 相區別

例如6

//6.1 后置— 操作符 用類成員函數實現
Complex operator--(int) 
{Complex tmp = *this;this->a--;this->b--;return tmp;
}//6.2 調用方法 
c1 ++ ; //先使用 后++ 
//6.3 后置–運算符重載函數名定義 
Complex operator--(int) //函數占位參數 和 前置– 相區別

前置和后置運算符總結
C++中通過一個占位參數來區分前置運算和后置運算

#include <iostream>
using namespace std;class Complex
{
private:int a;int b;//全局函數 重載+運算符friend Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2);//重載 前置++friend Complex& operator++(Complex &c1);friend Complex operator++(Complex &c1, int);
public:Complex(int a=0, int b=0){this->a = a;this->b = b;}void printCom(){cout<<a<<" + " << b << "i" <<endl;}
public://成員函數法 實現 -運算符重載Complex operator-(Complex &c2){Complex tmp(this->a - c2.a, this->b - c2.b);return tmp;}//前置--Complex& operator--(){this->a --;this->b --;return *this;}//后置--Complex operator--(int){Complex tmp = *this;this->a--;this->b--;return tmp;}
};//全局函數法 實現 + 運算符重載
Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2)
{Complex tmp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);return tmp;
}//前置++
Complex& operator++(Complex &c1)
{c1.a++;c1.b++;return c1;
}//后置++
Complex operator++(Complex &c1, int)
{//先使用 在讓c1加加Complex tmp = c1;//return c1;c1.a ++;c1.b ++;return tmp;
}/*
全局函數、類成員函數方法實現運算符重載步驟1）要承認操作符重載是一個函數，寫出函數名稱2）根據操作數，寫出函數參數 3）根據業務，完善函數返回值(看函數是返回引用 還是指針 元素)，及實現函數業務
*/
void main()
{Complex c1(1, 2), c2(3, 4);//1 全局函數法 實現 + 運算符重載// Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2);Complex c3 = c1 + c2;c3.printCom();//2 成員函數 法 實現 -運算符重載//c1.operator-(c2);//Complex operator-(Complex &c2)Complex c4 = c1 - c2;c4.printCom();//前置++操作符 用全局函數實現++c1;c1.printCom();//前置--操作符 成員函數方法--c1;c1.printCom();//Complex& operator++(Complex &c1)//c1.operator--();//后置++操作符 用全局函數實現c1++;c1.printCom();//后置--操作符 用成員函數實現c1--;c1.printCom();//c1.operator--()cout<<"hello..."<<endl;system("pause");return ;
}

友元函數實現操作符重載的應用場景
1） 友元函數和成員函數選擇方法

  • 當無法修改左操作數的類時，使用全局函數進行重載
  • =, [], ()和->操作符只能通過成員函數進行重載
    2）用友元函數重載<< >> 操作符
  • istream 和 ostream 是 C++ 的預定義流類
  • cin 是 istream 的對象，cout 是 ostream 的對象
  • 運算符 << 由ostream 重載為插入操作，用于輸出基本類型數據
  • 運算符 >> 由 istream 重載為提取操作，用于輸入基本類型數據
  • 用友員函數重載 << 和 >> ，輸出和輸入用戶自定義的數據類型

a）用全局函數方法實現<<操作符重載

ostream& operator<<(ostream &out, Complex &c1)
{//out<<"12345，生活真是苦"<<endl;out<<c1.a<<" + "<<c1.b<<"i "<<endl;return out;
}/調用方法 
cout<<c1; 
//鏈式編程支持 
cout<<c1<<"abcc"; 
//cout.operator<<(c1).operator<<("abcd"); 
/函數返回值充當左值 需要返回一個引用

b）類成員函數方法實現<<操作符重載

  • 因無法拿到cout這個類的源碼
  • cout.operator<<(c1);

友元函數重載操作符使用注意點
a）友元函數重載運算符常用于運算符的左右操作數類型不同的情況
這里寫圖片描述
b）其他

  • 在第一個參數需要隱式轉換的情形下，使用友員函數重載運算符是正確的選擇
  • 友員函數沒有 this 指針，所需操作數都必須在參數表顯式聲明，很容易實現類型的隱式轉換
  • C++中不能用友員函數重載的運算符有 = （） ［］ －>

友元函數案例vector類

#include <iostream>
using namespace std;//為vector類重載流插入運算符和提取運算符 
class vector
{ 
public :vector( int size =1 ) ;       ~vector() ;int & operator[]( int i ) ;friend ostream & operator << ( ostream & output , vector & ) ;friend istream & operator >> ( istream & input, vector & ) ;
private :  int * v ;     int len ;
};vector::vector( int size ) 
{ if (size <= 0 || size > 100 ){ cout << "The size of " << size << " is null !\n" ; abort() ;  }v = new int[ size ] ;  len = size ;
}vector :: ~vector() 
{ delete[] v ;  len = 0 ; 
}int &vector::operator[]( int i )        
{ if( i >=0 && i < len )  return v[ i ] ;cout << "The subscript " << i << " is outside !\n" ;  abort() ;
}
ostream & operator << ( ostream & output, vector & ary )
{ for(int i = 0 ; i < ary.len ; i ++ )  output << ary[ i ] << "  " ;output << endl ;return output ;
}
istream & operator >> ( istream & input, vector & ary ) 
{ for( int i = 0 ; i < ary.len ; i ++ )  input >> ary[ i ] ;return  input ;
}void main()
{ int k ;cout << "Input the length of vector A :\n" ;     cin >> k ;vector A( k ) ;cout << "Input the elements of vector A :\n" ;     cin >> A ;cout << "Output the elements of vector A :\n" ;cout << A ;system("pause");
}

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