C++_运算符重载

2023-07-25 15:44:46

什么是运算符的重载?

运算符与类结合，产生新的含义。

为什么要引入运算符重载？

作用：为了实现类的多态性(多态是指一个函数名有多种含义)

怎么实现运算符的重载？

方式：类的成员函数 或 友元函数（类外的普通函数）

规则：不能重载的运算符有 .  和 .* 和 ?: 和 ::  和 sizeof

友元函数和成员函数的使用场合：一般情况下，建议一元运算符使用成员函数，二元运算符使用友元函数

1、运算符的操作需要修改类对象的状态，则使用成员函数。如需要做左值操作数的运算符（如=，+=，++）

2、运算时，有数和对象的混合运算时，必须使用友元

3、二元运算符中，第一个操作数为非对象时，必须使用友元函数。如输入输出运算符<<和>>

具体规则如下：

运算符

建议使用

所有一元运算符

成员函数

＝ ( ) [ ]  ->

必须是成员函数

+= -= /= *= ^= &= != %= >>= <<= , 似乎带等号的都在这里了.

成员函数

所有其它二元运算符, 例如: –,+,*,/

友元函数

<< >>

必须是友元函数

2. 参数和返回值

当参数不会被改变，一般按const引用来传递(若是使用成员函数重载，函数也为const).

对于返回数值的决定:

1) 如果返回值可能出现在=号左边, 则只能作为左值, 返回非const引用。

2) 如果返回值只能出现在=号右边, 则只需作为右值, 返回const型引用或者const型值。

3) 如果返回值既可能出现在=号左边或者右边, 则其返回值须作为左值, 返回非const引用。

运算符重载举例：

+和 -运算符的重载：

  1. class Point
  2. {
  3. private:
  4. int x;
  5. public:
  6. Point(int x1)
  7. {   x=x1;}
  8. Point(Point& p)
  9. {   x=p.x;}
  10. const Point operator+(const Point& p);//使用成员函数重载加号运算符
  11. friend const Point operator-(const Point& p1,const Point& p2);//使用友元函数重载减号运算符
  12. };
  13. const Point Point::operator+(const Point& p)
  14. {
  15. return Point(x+p.x);
  16. }
  17. Point const operator-(const Point& p1,const Point& p2)
  18. {
  19. return Point(p1.x-p2.x);
  20. }

调用:

  1. Point a(1);
  2. Point b(2);
  3. a+b;  //正确，调用成员函数
  4. a-b;  //正确，调用友元函数
  5. a+1;  //正确，先调用类型转换函数，把1变成对象，之后调用成员函数
  6. a-1;  //正确，先调用类型转换函数，把1变成对象，之后调用友元函数
  7. 1+a;  //错误，调用成员函数时，第一个操作数必须是对象，因为第一个操作数还有调用成员函数的功能
  8. 1-a;  //正确，先类型转换 后调用友元函数

总结：

1、由于+ -都是出现在=号的右边，如c=a+b，即会返回一个右值，可以返回const型值
2、后几个表达式讨论的就是，数和对象混合运算符的情况，一般出现这种情况，常使用友元函数

3、双目运算符的重载：

重载运算符函数名：operator@(参数表)

隐式调用形式：obj1+obj2

显式调用形式：obj1.operator+(OBJ obj2)---成员函数

operator+(OBJ obj1，OBJ obj2)---友元函数

执行时，隐式调用形式和显式调用形式都会调用函数operator+()

++和--运算符的重载：

  1. class Point
  2. {
  3. private:
  4. int x;
  5. public:
  6. Point(int x1)
  7. {   x=x1;}
  8. Point operator++();//成员函数定义自增
  9. const Point operator++(int x); //后缀可以返回一个const类型的值
  10. friend Point operator--(Point& p);//友元函数定义--
  11. friend const Point operator--(Point& p,int x);//后缀可以返回一个const类型的值
  12. };
  13. Point Point::operator++()//++obj
  14. {
  15. x++;
  16. return *this;
  17. }
  18. const Point Point::operator++(int x)//obj++
  19. {
  20. Point temp = *this;
  21. this->x++;
  22. return temp;
  23. }
  24. Point operator--(Point& p)//--obj
  25. {
  26. p.x--;
  27. return p;
  28. //前缀形式(--obj)重载的时候没有虚参,通过引用返回*this 或 自身引用,也就是返回变化之后的数值
  29. }
  30. const Point operator--(Point& p,int x)//obj--
  31. {
  32. Point temp = p;
  33. p.x--;
  34. return temp;
  35. // 后缀形式obj--重载的时候有一个int类型的虚参, 返回原状态的拷贝
  36. }

函数调用：

  1. <pre class="cpp" name="code">Point a(1);
  2. Point b(2);
  3. a++;//隐式调用成员函数operator++(0),后缀表达式
  4. ++a;//隐式调用成员函数operator++(),前缀表达式
  5. b--;//隐式调用友元函数operator--(0),后缀表达式
  6. --b;//隐式调用友元函数operator--(),前缀表达式
  7. cout<<a.operator ++(2);//显式调用成员函数operator ++(2)，后缀表达式
  8. cout<<a.operator ++();//显式调用成员函数operator ++()，前缀表达式
  9. cout<<operator --(b,2);//显式调用友元函数operator --(2)，后缀表达式
  10. cout<<operator --(b);//显式调用友元函数operator --()，前缀表达式 </pre>

总结：

1、a++

函数返回：temp(临时变量)

函数返回是否是const类型：返回是一个拷贝后的临时变量)，不能出现在等号的左边(临时变量不能做左值)，函数的结果只能做右值，则要返回一个const类型的值

++a

函数返回：*this;

函数返回是否是const类型：返回原状态的本身，返回值可以做左值，即函数的结果可以做左值，则要返回一个非const类型的值

2、前后缀仅从函数名(operator++)无法区分，只能有参数区分，这里引入一个虚参数int x，x可以是任意整数。

3、单目运算符的重载：

重载运算符函数名：operator@(参数表)

隐式调用形式：obj1@  或 @obj1

显式调用形式：

成员函数:

obj1.operator@( )//前缀

obj1.operator@(0)//后缀

友元函数:

operator@(OBJ obj)//前缀

operator@(OBJ obj,int x)//后缀

执行时，隐式调用形式和显式调用形式都会调用函数operator@()

重载下标运算符[ ]

  1. class Point
  2. {
  3. private:
  4. int x[5];
  5. public:
  6. Point()
  7. {
  8. for (int i=0;i<5;i++)
  9. {
  10. x[i]=i;
  11. }
  12. }
  13. int& operator[](int y);
  14. };
  15. int& Point::operator[](int y)
  16. {
  17. static int t=0;
  18. if (y<5)
  19. {
  20. return x[y];
  21. }
  22. else
  23. {
  24. cout<<"下标出界";
  25. return t;
  26. }
  27. }

调用：

  1. Point a;
  2. for (int i=0;i<10;i++)
  3. {
  4. cout<<a[i]<<endl;//无论i下标是否越界，每当使用a[i]时，都会调用[]的重载
  5. }
  6. a[0]=10;

重载下标运算符[ ]的目的：

1、对象[x]  类似于 数组名[x]，更加符合习惯

2、可以对下标越界作出判断

语法：

重载方式：只能使用成员函数重载

函数名：operator[ ](参数表)

参数表：一个参数，且仅有一个参数，该参数设定了下标值，通常为整型，但是也可以为字符串( 看成下标)。

函数调用：显式调用：Obj[arg]-对象[下标]

隐式调用：obj.operator[ ](arg)

返回类型：

1、返回函数引用 + 返回成员的实际类型（由程序员根据函数体定义）

2、因为返回值可以做左值和右值，应该不使用返回值为const类型

但是，为了能访问const对象，下标运算符重载有非const和const两个版本。（待定写）

如：int&  Point::operator[](int y)//为什么使用返回引用：返回的值可以做左值，也可以做右值，则必须使用返回引用

重载运算符( )

  1. class Point
  2. {
  3. private:
  4. int x;
  5. public:
  6. Point(int x1)
  7. {   x=x1;}
  8. const int operator()(const Point& p);
  9. };
  10. const int Point::operator()(const Point& p)
  11. {
  12. return (x+p.x);
  13. }
  1. 调用：
  2. Point a(1);
  3. Point b(2);
  4. cout<<a(b);

重载运算符( )的目的：

1、对象( )  类似于 函数名(x)，更加符合习惯

语法：

重载方式：只能使用成员函数重载

重载后还可以继续重载

函数名：operator( )(参数表)

参数表：参数随意，具体根据实际情况而定。

函数调用：显式调用：Obj(x)

隐式调用：obj.operator( )(x)

返回类型：

1、返回成员的实际类型随意，具体由程序员根据函数体定义

2、因为返回值只能做右值，只读，应该使用返回值为const类型

重载输入输出操作符<< >>

  1. class Point
  2. {
  3. private:
  4. int x;
  5. public:
  6. Point(int x1)
  7. {   x=x1;}
  8. friend ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p);//使用友元函数重载<<输出运算符
  9. friend istream& operator>>(istream& cin,Point& p);//使用友元函数重载>>输出运算符
  10. };
  11. ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)
  12. {
  13. cout<<p.x<<endl;
  14. return cout;
  15. }
  16. istream& operator>>(istream& cin,Point& p)
  17. {
  18. cin>>p.x;
  19. return cin;
  20. }
  1. 调用：
  2. Point a(1);
  3. Point b(2);
  4. cin>>a>>b;
  5. cout<<a<<b<<endl;

语法：

重载方式：只能使用友元函数重载 且 使用三个引用&

函数名：

输出流： operator<<(参数表)

输入流：operator>>(参数表)

参数表：固定（容易出错啊），两个参数均用引用&

输出流： 必须是两个参数：对输出流ostream& 和 对象

第一个操作数cout，定义在文件iostream中，是标准类类型ostream的对象的引用。

如：ostream& cout,const Point& p

输入流：必须是两个参数：对输入流ostream& 和 对象

第一个操作数是cin，定义在文件iostream，实际上是标准类类型istream的对象的引用

如：instream& cin,const Point& p

函数调用：

输出流： 显式调用：cout<<对象

隐式调用： operator<<(cout，对象)

输入流：显式调用：cin>>对象

隐式调用： operator>>(cin，对象)

返回类型：返回类型固定 + 使用返回函数引用（满足连续输出）

输出流： 返回ostream&

如：ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)

输入流：返回：istream&

如：istream& operator>>(istream& cin,Point& p)

注意：为什么输入输出操作符的重载必须使用友元函数？

因为：成员函数要求是有对象调用，则第一个参数必须是类的对象，但是<<和>>第一个参数是流的对象引用。

故，不能使用成员函数

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