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C嘎嘎的运算符重载基础教程以及遵守规则【文末赠书三本】
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基础概念
运算符重载是通过函数重载实现的,概念上大家都很容易理解,这节我们来说一下运算符重载的注意事项。
1) 并不是所有的运算符都可以重载。能够重载的运算符包括:
+ - * / % ^ & | ~ ! = < > += -= *= /= %= ^= &= |= << >> <<= >>= == != <= >= && || ++ -- , ->* -> () [] new new[] delete delete[]
上述运算符中,[]
是下标运算符,()
是函数调用运算符。自增自减运算符的前置和后置形式都可以重载。长度运算符sizeof
、条件运算符: ?
、成员选择符.
和域解析运算符::
不能被重载。
优先级和结合性
2) 重载不能改变运算符的优先级和结合性。假设上一节的 complex 类中重载了+
号和*
号,并且 c1、c2、c3、c4 都是 complex 类的对象,那么下面的语句:
c4 = c1 + c2 * c3;
等价于:
c4 = c1 + ( c2 * c3 );
乘法的优先级仍然高于加法,并且它们仍然是二元运算符。
不会改变用法
3) 重载不会改变运算符的用法,原有有几个操作数、操作数在左边还是在右边,这些都不会改变。例如~
号右边只有一个操作数,+
号总是出现在两个操作数之间,重载后也必须如此。
4) 运算符重载函数不能有默认的参数,否则就改变了运算符操作数的个数,这显然是错误的。
5) 运算符重载函数既可以作为类的成员函数,也可以作为全局函数。
将运算符重载函数作为类的成员函数时,二元运算符的参数只有一个,一元运算符不需要参数。之所以少一个参数,是因为这个参数是隐含的。
例如,上节的 complex 类中重载了加法运算符:
complex operator+(const complex & A) const;
当执行:
c3 = c1 + c2;
会被转换为:
c3 = c1.operator+(c2);
通过 this 指针隐式的访问 c1 的成员变量。
将运算符重载函数作为全局函数时,二元操作符就需要两个参数,一元操作符需要一个参数,而且其中必须有一个参数是对象,好让编译器区分这是程序员自定义的运算符,防止程序员修改用于内置类型的运算符的性质。
例如,下面这样是不对的:
- int operator + (int a,int b){
- return (a-b);
- }
+
号原来是对两个数相加,现在企图通过重载使它的作用改为两个数相减, 如果允许这样重载的话,那么表达式4+3
的结果是 7 还是 1 呢?显然,这是绝对禁止的。
如果有两个参数,这两个参数可以都是对象,也可以一个是对象,一个是C ++内置类型的数据,例如:
- complex operator+(int a, complex &c){
- return complex(a+c.real, c.imag);
- }
它的作用是使一个整数和一个复数相加。
另外,将运算符重载函数作为全局函数时,一般都需要在类中将该函数声明为友元函数。原因很简单,该函数大部分情况下都需要使用类的 private 成员。
上节的最后一个例子中,我们在全局范围内重载了+
号,并在 complex 类中将运算符重载函数声明为友元函数,因为该函数使用到了 complex 类的 m_real 和 m_imag 两个成员变量,它们都是 private 属性的,默认不能在类的外部访问。
6) 箭头运算符->
、下标运算符[ ]
、函数调用运算符( )
、赋值运算符=
只能以成员函数的形式重载。
所谓重载,就是赋予新的含义。函数重载(Function Overloading)可以让一个函数名有多种功能,在不同情况下进行不同的操作。运算符重载(Operator Overloading)也是一个道理,同一个运算符可以有不同的功能。
实际上,我们已经在不知不觉中使用了运算符重载。例如,+
号可以对不同类型(int、float 等)的数据进行加法操作;<<
既是位移运算符,又可以配合 cout 向控制台输出数据。C++本身已经对这些运算符进行了重载。
C++ 也允许程序员自己重载运算符,这给我们带来了很大的便利。
下面的代码定义了一个复数类,通过运算符重载,可以用+
号实现复数的加法运算:
#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
public:
complex();
complex(double real, double imag);
public:
//声明运算符重载
complex operator+(const complex &A) const;
void display() const;
private:
double m_real; //实部
double m_imag; //虚部
};
complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
//实现运算符重载
complex complex::operator+(const complex &A) const{
complex B;
B.m_real = this->m_real + A.m_real;
B.m_imag = this->m_imag + A.m_imag;
return B;
}
void complex::display() const{
cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}
int main(){
complex c1(4.3, 5.8);
complex c2(2.4, 3.7);
complex c3;
c3 = c1 + c2;
c3.display();
return 0;
}
运行结果:
6.7 + 9.5i
本例中义了一个复数类 complex,m_real 表示实部,m_imag 表示虚部,第 10 行声明了运算符重载,第 21 行进行了实现(定义)。认真观察这两行代码,可以发现运算符重载的形式与函数非常类似。
运算符重载其实就是定义一个函数,在函数体内实现想要的功能,当用到该运算符时,编译器会自动调用这个函数。也就是说,运算符重载是通过函数实现的,它本质上是函数重载。
运算符重载的格式为:
返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){
//TODO:
}
operator
是关键字,专门用于定义重载运算符的函数。我们可以将operator 运算符名称
这一部分看做函数名,对于上面的代码,函数名就是operator+
。
运算符重载函数除了函数名有特定的格式,其它地方和普通函数并没有区别。
上面的例子中,我们在 complex 类中重载了运算符+
,该重载只对 complex 对象有效。当执行c3 = c1 + c2;
语句时,编译器检测到+
号左边(+
号具有左结合性,所以先检测左边)是一个 complex 对象,就会调用成员函数operator+()
,也就是转换为下面的形式:
c3 = c1.operator+(c2);
c1 是要调用函数的对象,c2 是函数的实参。
上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式:
complex complex::operator+(const complex &A)const{
return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);
}
return 语句中的complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)
会创建一个临时对象,这个对象没有名称,是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数,return 语句将该临时对象作为函数返回值。
在全局范围内重载运算符
运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数,还可以作为全局函数。更改上面的代码,在全局范围内重载+
,实现复数的加法运算:
#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
public:
complex();
complex(double real, double imag);
public:
void display() const;
//声明为友元函数
friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
private:
double m_real;
double m_imag;
};
complex operator+(const complex &A, const complex &B);
complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
void complex::display() const{
cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}
//在全局范围内重载+
complex operator+(const complex &A, const complex &B){
complex C;
C.m_real = A.m_real + B.m_real;
C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
return C;
}
int main(){
complex c1(4.3, 5.8);
complex c2(2.4, 3.7);
complex c3;
c3 = c1 + c2;
c3.display();
return 0;
}
运算符重载函数不是 complex 类的成员函数,但是却用到了 complex 类的 private 成员变量,所以必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数。
当执行c3 = c1 + c2;
语句时,编译器检测到+
号两边都是 complex 对象,就会转换为类似下面的函数调用:
c3 = operator+(c1, c2);
小结
虽然运算符重载所实现的功能完全可以用函数替代,但运算符重载使得程序的书写更加人性化,易于阅读。运算符被重载后,原有的功能仍然保留,没有丧失或改变。通过运算符重载,扩大了C++已有运算符的功能,使之能用于对象。
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