【总结】C++运算符重载

C++运算符重载

 

“<<”和“>>”本来是在C++中被定义为左/右位移运算符的，由于在iostream头文件中对它们进行了重载，所以使用它们能用作标准数据类型数据的输入和输出运算符。因此，在使用它们的程序中必须包含：#include

 

1. 运算符重载例子：

例1重载函数作为Complex类的成员函数

class Complex

{

public:

       Complex operator +(Complex &c2);    //声明重载运算符’+’的函数

       ……

};

Complex Complex::operator + (Complex &c2)       //定义该函数

{ return Complex(real+c2.real, imag+c2.image); }

int main()

{

       Complex c1(3, 4), c2(5,-10), c3;

       c3 = c1 + c2;      //调用

       ……

}

 

分析：C++编译系统将程序中的表达式c1 + c2解释为：

       c1.operator +(c2)

即以c2为实参调用对象c1的运算符重载函数operator +(Complex &c2)。实际上，运算符重载函数有两个参数，由于重载函数是Coplex类中的成员函数，有一个参数是隐含的，运算符函数是用this指针隐式地访问类对象的成员，如this->real+c2.real，this代表c1，即实际上是c1.real+c2.real。

 

运算符重载函数可以是类的成员函数，也可以是类的友元函数，也可以是普通函数（不推荐）。

 

例2 重载函数作为Complex类的友元函数

friend Complex operator +(Complex &c1, Complex &c2);  //声明

 

Complex operator +(Complex &c1, Complex &c2) //定义

{ return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.image); }

c3 = c1+c2; //调用

 

为什么把运算符函数作为友元函数呢？理由很简单，因为运算符函数要访问Complex类对象中的成员。如果作为成员函数，就必须要求运算表达式第一个参数（即运算符左侧的操作数）是一个类对象，而且与运算符函数的类型相同，在例1中，表达式c1+c2中的第一个参数c1是Complex类对象，运算符函数返回值的类型也是Complex，这是正确的。如果c1不是Complex类，就无法启用c1.operator +(c2)，也就无法通过隐式this指针访问Complex类的成员了。

说明：有的C++编译系统（如VC++6.0）没有完全实现C++标准，它所提供的后缀.h的头文件不支持把成员函数重载为友元函数，因此在VC++6.0，应把程序的头两行：

#include

using namespace std;

改为一行：#include   //C语言的风格

 

例3 重载双目运算符

bool operator >(String &string1, String &string2)

{

       if( strcmp(string1.p, string2.p) > 0 )  return true;

       else        return false;

}

 

例4 重载单目运算符

Time Time::operator ++()       //定义前置自增运算符“++”重载函数

{

       if( ++sec >= 60)  //隐含了this指针

       { sec -=60;

         ++minute; }

       return *this;       //返回当前新的this指针内容

}

Time Time::operator ++(int) //定义后置“++”重载函数

{

       Time temp(*this);      //定义新对象temp，将当前this指针指向的对象拷贝给temp

       sec++;

       if( sec >= 60)

       { sec -=60;

         ++minute; }

       return temp;      //返回未更新值的对象temp，实际上实参的值已经自增了。

}

说明：重载后置自增运算符时，多了一个int型的参数，增加这个参数只是为了与前置自增运算符重载函数有所区别，此外没有任何作用。

 

例5 重载流插入/提取运算符

 

对“<<”和“>>”重载的函数形式如下：

istream & operator >>(istream &, 自定义类 &);      //input

ostream & operator >>(ostream &, 自定义类 &);    //output

例如：

ostream & operator <<(ostream &output, Complex &c) //定义流提取运算符“<<”重载函数

{

       output<<”(”<

       return output;

}

 

cout<    //调用重载后的"<<"，等价于(operator <<(cout, c3))<

 

编译系统把”cout<解释为：operator <<(cout, c3)，即以cout和c3作为实参，调用operator <<(ostream &output, Complex &c)函数。因此，相当于执行了：

cout<<”(”<

返回的是流提取对象cout，作为引用返回。

 

如果有以下输出：

cout<

先处理cout<，即(cout<而cout<其实是operator <<(cout, c3)，返回的是流提取对象cout，所以cout再和后面的c2结合，输出c2的内容。可见为什么C++规定“流提取运算符重载函数的第一个参数和函数的类型都必须是ostream类型的引用”了，就是为了返回cout，以便连续输出。

 

问：为什么要在operator前面加’&’？（即“返回引用”）

答：开始我以为ostream & operator >>()的这个返回类型“ostream &”是为了和括号中的参数“ostream &”类型相对于，其实不然。因为只有运算符重载函数为成员函数时，才要求第一个参数和运算符重载函数的类型相同，而友元函数没有这个要求。

       先分析“ostream &”作为参数的情况，传入的第一个参数显然是cout，cout是什么，它其实也是一个类的对象，“cin和cout分别是istream类和ostream类的对象”，所以说形参定义成引用，避免了对象的拷贝。

       再来分析函数类型为什么要定义为“ostream &”，先看看原理http://blog.csdn.net/zollty/article/details/6695311。因为要使返回的对象cout能够直接使用，所以要将函数的返回值定义为引用。

 

 

2. 不同数据类型之间的转换

a. 标准类型数据之间的转换

显示类型转换：

C语言格式：（类型名）数据，例如：(int)89.5

C++格式：类型名（数据），例如：int(89.5)

 

b. 用构造函数进行类型转换

几种构造函数：

l  默认构造函数（无参，直接指定默认值）：Complex();

l  用于初始化的构造函数：Complex(double r, double i);

l  用于复制对象的复制构造函数：Complex(Complex &c);

l  现在要讲解的新构造函数——转换构造函数：Complex(double r){ real=r; imag=0; }（它只有一个参数）

以上几种构造函数可以同时出现在同一个类中，它们是构造函数的重载。

 

假如有以下声明语句：

Complex c1(3.5);      //建立对象c1，由于只有一个参数，调用转换构造函数

也可以用声明语句建立一个无名的Complex类对象。如：

Complex(3.6);    //用声明语句建立一个无名对象，合法，但是无法使用

可以在一个表达式中使用无名对象，如

c1=Complex(3.6);     //假设c1已经被定义为Complex类对象

若在程序中有以下表达式：

c=c1+2.5;

编译出错，因为不能用运算符“+”将一个Complex类对象和一个浮点数相加。可以先将2.5转换成Complex类无名对象，然后相加：

c=c1+Complex(2.5);

请对比Complex(2.5)和int(2.5)。可以认为Complex(2.5)的作用也是强制类型转换。通常把有一个参数的构造函数用作类型转换，所以，称为转换构造函数。如可以将一个学生类对象转换为教师类对象，可以在Teacher类中写出下面的转换构造函数：

Teacher(Student &s)

{ num=s.num; strcpy(name, s.name); ***=s.***; }

但应注意：对象s中的num, name, ***必须是公用成员，否则不能被类外调用。

 

c. 用类型转换函数进行类型转换

       用转换构造函数可以将一个指定类型的数据转换为类的对象。但是不能反过来将一个类的对象转换为一个其他类型的数据（例如将一个Complex类对象转换成double类型数据）。C++提供了类型转换函数来解决这个问题。类型转换函数的作用是将一个类的对象转换成另一类型的数据。如果已经声明了一个Complex类：

class Complex

{

public:

       ……

private:

       double real;

       double imag;

};

可以在Complex类中这样定义类型转换函数：

operator double()

{ return real; }

       它的作用是将一个Complex类对象转换为一个double型数据，其值是Complex类中得数据成员real的值。请注意：函数名是operator double。这点是和运算符重载时的规律一致的（都是用关键字operator开头，只是被重载的是类型名）。其特点：在函数名前面不能指定函数类型，函数也没有参数。其返回值的类型是由函数名中指定的类型名来确定的（函数返回double型变量real的值）。

       在定义了前面的数据类型转换函数后，程序中的Complex类对象是不是一律都转换成double类型的数据呢？不是的，它们具有双重身份，既是Complex类对象，又可以作为double类型数据。

       转换构造函数和类型转换运算符有一个共同的功能：当需要的时候，编译系统会自动的调用这些函数，建立一个无名的临时对象（或临时变量）。例如，若已定义d1, d2为double型变量，c1, c2为Complex类对象，且类中已经定义了类型转换函数。设程序中有以下表达式：

       d1 = d2 + c1;

编译系统发现“+”左侧的d2是double型，而右侧的c1是Complex类对象，如果没有对运算符“+”进行重载，就会检查有无类型转换函数，结果发现有，就调用operate double函数把Complex类对象c1转换为double型数据，建立了一个临时的double变量，并与d2相加，最后将一个double的值赋给d1。相当于执行表达式：

       d1 = d2 + c1.operate double();

如果类中已经定义了转换构造函数并重载了运算符“+”（作为Complex类的友元函数），但未对double定义类型转换函数（或者说未对double重载），若有以下表达式：

       c2 = c1 + d2;

则系统将转换为：

       c2 = c1+ Complex(d2);

当然，如果既有转换构造函数和运算符重载，又有double类型转换函数，出现歧义的话就会出错。