C++運算符重載（操作符重載）

運算符重載

  • 1. 運算符重載基礎
    • 1.1 運算符重載語法
    • 1.2 運算符重載細節補充
    • 1.3 更多的運算符重載
  • 2. 重載單目運算符
  • 3. 如何直接輸入輸出對象類型——重載運算符 << 和 >>
    • 3.1 單個對象實現 cou <<
    • 3.2 多個對象實現 cout<<
    • 3.3 右移運算符 輸入 cin >>
    • 3.4 重載括號運算符(仿函數/函數對象)
  • 4. 重載運算符注意事項

1. 運算符重載基礎

C++將運算符重載擴展到自定義的數據類型，它可以讓對象操作更美觀。

例如字符串string用加號（+）拼接、cout用兩個左尖括號（<<）輸出。

有時候我們需要讓對象之間進行運算， C++ 提供的“運算符重載”機制，賦予運算符新的功能，就能解決用+將兩個復數對象相加這樣的問題。

  • 舉個例子，比如說如下代碼：
    類Point
class Point {friend Point add(Point, Point);int m_x;int m_y;
public:Point(int x, int y) :m_x(x), m_y(y) {}void display() {cout << "(" << m_x << ", " << m_y << ")" << endl;}};

函數add()

Point add(Point p1, Point p2) {return Point(p1.m_x + p2.m_x, p1.m_y + p2.m_y);
}

然后在主函數里面我們定義兩個對象，讓兩個點相加

int main() {Point p1(10, 20);Point p2(20, 30);Point p3 = add(p1, p2);p3.display();getchar();return 0;
}

輸出:
在這里插入圖片描述
這樣做就顯得很繁瑣，如果可以直接這么寫就好了：

Point p3 = p1 + p2;

也就是直接讓這兩個對象進行相加操作，
但是默認情況下這么寫報錯
所以我們可以利用 運算符重載（操作符重載）：可以為運算符增加一些新的功能

1.1 運算符重載語法

返回值 operator運算符(參數列表);

接著剛才的問題，我們利用運算符重載為運算符增加一些新的功能，使得“+”可以允許兩個Point類型進行相加操作。

Point operator+(Point p1, Point p2) {return Point(p1.m_x + p2.m_x, p1.m_y + p2.m_y);
}

不要忘記在Point類里面更新友元：

friend Point operator+(Point, Point);

完整代碼：

#include <iostream>
using namespace std;class Point {friend Point operator+(Point, Point);int m_x;int m_y;
public:Point(int x, int y) :m_x(x), m_y(y) {}void display() {cout << "(" << m_x << ", " << m_y << ")" << endl;}};//Point add(Point p1, Point p2) {
//	return Point(p1.m_x + p2.m_x, p1.m_y + p2.m_y);
//}
Point operator+(Point p1, Point p2) {return Point(p1.m_x + p2.m_x, p1.m_y + p2.m_y);
}int main() {Point p1(10, 20);Point p2(20, 30);Point p3 = p1 + p2;p3.display();getchar();return 0;
}

輸出：
在這里插入圖片描述

  • 本質上是調用了 operator+() 函數，并且返回了 Point 類型值
// 這兩行代碼等價
Point p3 = operator+(p1, p2);Point p3 = p1 + p2;
  • 利用運算符重載為運算符后，三個數相加也可以
    例：
int main() {Point p1(10, 20);Point p2(20, 30);Point p3(30, 40);Point p4 = p1 + p2 + p3;p4.display();getchar();return 0;
}

輸出：
在這里插入圖片描述
此時三個對象相加也可以了，所以還是比直接調用 add()函數 要方便的多

原理是這樣的：

// 調用了兩次operaator+
Point p4 = operator+(operator+(p1, p2), p3) ;

1.2 運算符重載細節補充

之前在 C++ 對象型參數和返回值 的帖子筆記中提到，最好不要在函數參數使用對象型類型，不然會產生中間變量。

Point operator+(Point p1, Point p2) {return Point(p1.m_x + p2.m_x, p1.m_y + p2.m_y);
}

修改成 引用（減少中間對象的產生） ：

Point operator+(const Point &p1, const Point &p2) {return Point(p1.m_x + p2.m_x, p1.m_y + p2.m_y);
}

前面用 const 修飾的原因是可以使加入進來的參數接收對象更廣，既可以接受const對象，也可以接受非const對象。

記得更細友元：

	friend Point operator+(const Point &, const Point &);
  • 有沒有發現這種寫法和拷貝構造函數的格式很類似呢？

拷貝構造函數格式： 類名(const 類名& 對象名){…}

// 拷貝構造函數Point(const Point &point) {m_x = point.m_x;m_y = point.m_y;}

我的理解是也是由于 const 引用既可以接受const參數也可以接受非const參數的原因，它的接受范圍更大

  • 另外，運算符重載也可以直接寫在類里面，這樣就可以直接訪問類里面的成員，我們就省下了去寫友元這一步
  • p.s: const 用來修飾成員函數，如果是在類外，全局函數就不要用const修飾了
#include <iostream>
using namespace std;class Point {friend Point operator+(Point, Point);int m_x;int m_y;
public:Point(int x, int y) :m_x(x), m_y(y) {}void display() {cout << "(" << m_x << ", " << m_y << ")" << endl;}// 運算重載符const Point operator+(const Point &point){return Point(this->m_x + point.m_x, this->m_y + point.m_y);  // this 指針可以省略}};

變成成員函數以后，則需要用對象去調用

p1.operator+(p2);
//等價于
p1 + p2;

那么成員函數中只接收一個參數就可以了

// 運算重載符Point operator+(const Point &point){return Point(this->m_x + point.m_x, this->m_y + point.m_y);  // this 指針可以省略}

還可以再完善以下，左邊的這個const是防止返回值被賦值

右邊的const能保證我們的返回值可以再次調用operator+()函數

// 運算重載符const Point operator+(const Point &point)const{return Point(this->m_x + point.m_x, this->m_y + point.m_y);  // this 指針可以省略}
  • 結論：全局函數和成員函數都支持運算符重載

1.3 更多的運算符重載

除了 “ + ”，還有其他的運算符重載，如 “ - ”（減法運算）

	const Point operator-(const Point &point)const{return Point(m_x - point.m_x, m_y - point.m_y);}

" += "

	Point &operator+=(const Point &point) {m_x += point.m_x;m_y += point.m_y;return *this;	// 取出this指針所指向的東西}

" == "

	bool operator==(const Point &point) const {// 1\0if ((m_x == point.m_x) && (m_y == point.m_y)) {return 1;} else {return 0;}// 或者以下寫法// return (m_x == point.m_x) && (m_y == point.m_y);

“ != ”

	bool operator!=(const Point &point) const {return (m_x != point.m_x) || (m_y != point.m_y);}

" - " (負號)

	const Point operator-() const {return Point(-m_x, -m_y);}

2. 重載單目運算符

可重載的一元運算符：

1）++ 自增 2）-- 自減 3）! 邏輯非 4）& 取地址
5）~ 二進制反碼 6）* 解引用 7）+ 一元加 8） - 一元求反

一元運算符通常出現在它們所操作的對象的左邊。

但是，自增運算符++和自減運算符–有前置和后置之分。

C++ 規定，重載++或–時，如果重載函數有一個int形參，編譯器處理后置表達式時將調用這個重載函數。

  • 區別：1.只需要在參數后面加個 int 就是后置++
// 前置++Point &operator++() {m_x++;m_y++;return *this;}
// 后置++const Point operator++(int) { // 返回const是由于 后置++ 是不能被賦值的（運算符后置++本身的特性）Point old(m_x, m_y);m_x++;m_y++;return old; // 返回的是臨時的變量，因為前置++是先賦值再運算，也就是最后在進行++操作}
  • 2.前置++可以被賦值，后置++不可以
int main() {int a = 10;(++a) = 20; // ++放在前面可以賦值(a++) = 20; // 會報錯,因為相當于先賦值，a再自己+1
}
  • 所以在寫后置++的重載的時候，我們一個是要考慮它本身的不能被賦值的特性（前面用const修飾），一個是返回值應當返回+1之前的值
// 后置++const Point operator++(int) { // 返回const是由于 后置++ 是不能被賦值的（運算符后置++本身的特性）Point old(m_x, m_y);m_x++;m_y++;return old; // 返回的是臨時的變量，因為前置++是先賦值再運算，也就是最后在進行++操作}

3. 如何直接輸入輸出對象類型——重載運算符 << 和 >>

3.1 單個對象實現 cou <<

  • 我們能否能像輸出其他類型一樣，直接將對象進行 cout 呢？
    可以通過對左移運算符進行重載
int main() {Point p1(10, 20);cout << p1 << endl; getchar();return 0;
}

這種情況重載就不能寫在類里了，因為左移運算符左邊是cout，而想要調用類里的成員函數首先要是對象才行，而cout顯然不是對象，所以要寫在類的外面

// output stream -> ostream 輸出流
void operator<<(ostream& cout, const Point& point) {cout << "(" << point.m_x << ", " << point.m_y << ")";
}

（ostream 是 cout 所在的類）

注意不要忘記在類里面放友元，不然無法訪問m_x，m_y成員變量

friend void operator<<(ostream &, const Point &);

3.2 多個對象實現 cout<<

  • 如果想實現多個數據的cout：
cout << p1 << p2 << endl;

其實類似如下過程：

cout << p1 << p2 << endl;
// 等價于
operator << (cout, p1) << p2 ;

其實就是得到一次返回值以后，再用這個返回值調用一次左移運算符，所以我們可以更新一下：

// output stream -> ostream 輸出流
ostream& operator<<(ostream& cout, const Point& point) {cout << "(" << point.m_x << ", " << point.m_y << ")";return cout; // 返回cout本身，然后就可以繼續打印
}

更新友元：

friend ostream& operator<<(ostream&, const Point&);

可以用以下代碼實驗

int main() {Point p1(10, 20);Point p2(20, 30);cout << p1 << p2 << endl; getchar();return 0;
}

輸出：可以正常打印對象了

在這里插入圖片描述

3.3 右移運算符 輸入 cin >>

  • 如果我們想從鍵盤輸入一些東西給到對象，該怎么做？
Point p1(10,20);
cin >> p1;

先在類里面更新友元：

friend istream& operator>>(istream&, Point&);

然后和cout類似，istream是cin所在的類，返回一個cin

// input stream -> istream
istream &operator>>(istream &cin, Point &point) {cin >> point.m_x;cin >> point.m_y;return cin;
}

最后可以通過鍵盤輸入查看對象中的值是否被修改了，鍵盤輸入：40 50 60 70

int main() {Point p1(10, 20);Point p2(20, 30);cin >> p1 >> p2;cout << p1 << p2 << endl; getchar();return 0;
}

輸出：
在這里插入圖片描述
對象里的成員變量的值已經更改為鍵盤輸入的值了

3.4 重載括號運算符(仿函數/函數對象)

括號運算符()也可以重載，對象名可以當成函數來使用（函數對象、仿函數）。

括號運算符重載函數的語法：返回值類型 operator()(參數列表);

注意：

  1. 括號運算符必須以成員函數的形式進行重載。
  2. 括號運算符重載函數具備普通函數全部的特征。
  3. 如果函數對象與全局函數同名，按作用域規則選擇調用的函數。

函數對象的用途：

  1. 表面像函數，部分場景中可以代替函數，在STL中得到廣泛的應用；
  2. 函數對象本質是類，可以用成員變量存放更多的信息；
  3. 函數對象有自己的數據類型；
  4. 可以提供繼承體系。

4. 重載運算符注意事項

  1. 返回自定義數據類型的引用可以讓多個運算符表達式串聯起來。（不要返回局部變量的引用）
  2. 重載函數參數列表中的順序決定了操作數的位置。
  3. 重載函數的參數列表中至少有一個是用戶自定義的類型，防止程序員為內置數據類型重載運算符。
  4. 如果運算符重載既可以是成員函數也可以是全局函數，應該優先考慮成員函數，這樣更符合運算符重載的初衷。
  5. 重載函數不能違背運算符原來的含義和優先級。
  6. 不能創建新的運算符。
  7. 以下運算符不可重載：

sizeof sizeof運算符
. 成員運算符
.*??? 成員指針運算符
::??? 作用域解析運算符
?:??? 條件運算符
typeid??? 一個RTTI運算符
const_cast??? 強制類型轉換運算符
dynamic_cast??? 強制類型轉換運算符
reinterpret_cast???強制類型轉換運算符
static_cast??? 強制類型轉換運算符

暫時先寫這么多，這部分的知識點還有很多，后面遇到再回來補充

  1. 以下運算符只能通過成員函數進行重載：

= 賦值運算符
() 函數調用運算符
[] 下標運算符
-> 通過指針訪問類成員的運算符

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