【C++】C++类的学习（三）——运算符重载与友元函数
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前言
前面的两篇博文中介绍了类的一些基本特性，今天讲一讲运算符重载和友元。
运算符重载
运算符重载是C++中一种形式的多态，运算符重载将重载的概念运用到运算符上，赋予运算符更多地含义。也许乍然一听，似乎我们对它并不熟悉，其实它一直为我们使用，例如 * 运算符，将其运用于地址，将得到地址中的值；将其用于两个数值之间，那么它表示乘号。这就是运算符的重载，与函数重载类似，根据操作数和类型来决定采用哪种操作。
在定义一个类时，往往需要重载一些运算符。以Time类为例，一个Time类的对象具有hours和mintue两个属性。如果早上吃饭花了0小时45分钟，中午吃饭花了1小时0分钟，下午吃饭花了1小时30分钟，求一天共花多少时间在吃饭上面。这里肯定不能直接用加号，因为相加的单位与C++内置类型不符，此时我们可以重载加号，让Time类的对象能够直接相加。
运算符重载的格式
运算符重载的格式如下；
类名 operator 运算符（形参）{函数体}以重载Time类的加号为例，其声明和实现分别如下；
声明
Time operator+(const Time &t) const; 实现
Time Time::operator+(const Time &t) const
{
Time sum;
sum.mintues = mintues + t.mintues;
sum.hours = hours + t.hours + sum.mintues / 60;
sum.mintues = sum.mintues % 60;
return sum;
}
当Time类的对象直接像普通对象一样使用加号时，其本质是对象调用类的成员函数，例如
Time sumtime=time1+time2；
Time sumtime=time1. Operator+(time2);是等价的。在运算符调用中，运算符左侧的对象是调用运算符的对象，右侧的对象是作为参数被传递的对象。
运算符重载的限制
很多运算符都可以进行重载，但是也是有所限制的。具体限制如下；
1. 重载后的运算符必须至少有一个操作数是用户定义的类型，这是为了防止程序员为标准类型重载运算符，可以确保程序正确运行。
2. 不能修改运算符的优先级，不能违反运算符原本的运算规则。例如在重载加号时，不能提供两个形参（友元除外），例如下面的这种重载方式就是不被允许的；
Time operator+(const Time &t1，const Time &t2) const;因为加法是一种双目运算符。在重载为类的成员函数后，加法运算的第一项应该是调用函数的一个对象。所以在运算符重载时，参数表中的参数数目应该是重载运算符的操作数减1。
3. 不能创造新的运算符，例如不能定义operator**（）运算符；
4. 不能重载以下运算符；
.：成员运算符
.*：成员指针运算符
:: ：作用域运算符
?:：条件运算符
siezof：sizeof运算符。
5. 很多运算符可以通过成员或者非成员函数进行重载，但是以下四种只能通过成员函数进行重载；
=：赋值运算符；
( )：函数调用运算符；
[ ]:下表运算符；
_>:通过指针方位类成员的运算符。
6. 自增运算符（++）与自减运算符（--）
由于自增和自减运算符是单目运算符，在重载时应该是没有参数的，但是又有前置与后置之分，例如++i与i++。为了隽星区分，C++做了规定；
Time operator++() //前置
Time operator++(int) //后置友元
前面提到，当对象使用重载后的运算符时，其本质是运算符调用类的成员函数。那么如果想要重载输出运算符的话，其声明如下；
Time operator<<(ostream &os) const;那么使用应该是下面这样；
time1 << cout;这样的使用方法就非常让人疑惑了。通过友元，我们可以使用下面的方式进行运算符重载。
ostream & operator<<(ostream &os, const Time &t) //友元在类外定义的时候，不需要添加friend；
{
os << "hours:" << t.hours << " " << "mintues:" << t.mintues << " ";
return os;
}那么什么是友元呢？
友元的格式
C++中友元有三种，分别是友元函数，友元类，友元成员函数，这里介绍的是友元函数。
创建友元函数的第一步是声明，友元函数的声明放在类的声明中，并且在前面加上friend关键字。例如；
friend ostream& operator<<(ostream &os, const Time &t);虽然友元在类中声明，但是它并不是成员函数，所以不能使用成员运算符来调用它，但是它却跟成员运算符有相同的访问权限，即可以通过友元访问类的私有成员。
第二步是定义友元，友元可以直接在声明的时候进行定义，即内联的定义。也可以定义在类外，定义在类外时，不需要加类作用域运算符，也不需要有friend关键字。
ostream & operator<<(ostream &os, const Time &t) //友元在类外定义的时候，不需要添加friend；
{
os << "hours:" << t.hours << " " << "mintues:" << t.mintues << " ";
return os;
}友元函数的使用
与普通的运算符重载成员函数一样，友元也可以直接调用
例如；
cout<其等价于;
operator<<(operator<<(cout,time1),time2);之所以能够连续输出两个对象，就是因为重载后的输出运算符返回了一个ostream对象，这一点与标准输出运算符是一致的。也可以看出，一个双目运算符，如果在类内重载，那它的参数数目为1，如果利用友元重载，其参数数目为2。
代码
照例，在此给出类实现的所有代码，以供大家参考
mytime.h
//------mytime.h
#ifndef MYTIME_H
#define MYTIME_H
#include
using namespace std;
class Time
{
//----------私有成员，类中的成员默认是私有的
private:
int hours;
int mintues;
//----------共有成员
public:
Time(); //默认构造函数
Time(int h, int m = 0); //显式构造函数
Time(const Time &); //拷贝构造函数
~Time(); //析构函数
void AddMin(int m);
void AddHour(int h);
void reset(int h = 0, int m = 0);
//------展示函数show()
void Time::show() const
{
cout << "hours:" << hours << " " << "mintues:" << mintues << " ";
}
Time operator+(const Time &t) const; //运算符重载
Time operator-(const Time &t) const;
Time operator*(double n) const;
friend Time operator*(double n, const Time &t) //友元；
{
return t*n; //在这里又调用了重载运算符 operator*(double n) const；
} //内联形式的定义；
friend ostream & operator<<(ostream &os, const Time &t); //一个双目运算符在重载时，如果是以友元的形式声明的，那么他有两个形参；如果是类的成员函数，那么他只有一个形参；
};
//-------时间重置,内联函数
inline void Time::reset(int h, int m)
{
hours = h;
mintues = m;
}
#endif mytime.cpp
//--mytime.cpp
#include
#include "mytime.h"
using namespace std;
//-------默认构造函数
Time::Time()
{
hours = mintues = 0;
cout << "调用默认构造函数" << endl;
}
//------显式的构造函数
Time::Time(int h, int m) :hours(h), mintues(m)
{
cout << "调用显式构造函数" << endl;
}
//------拷贝构造函数
Time::Time(const Time &t)
{
hours = t.hours;
mintues = t.mintues;
cout << "调用拷贝构造函数" << endl;
}
//------析构函数
Time::~Time()
{
cout << "调用了析构函数" << endl;
}
//-------小时相加
void Time::AddHour(int h)
{
hours += h;
}
//------分钟相加
void Time::AddMin(int m)
{
mintues += m;
hours += mintues / 60;
mintues %= 60;
}
//------重载+号
Time Time::operator+(const Time &t) const
{
Time sum;
sum.mintues = mintues + t.mintues;
sum.hours = hours + t.hours + sum.mintues / 60;
sum.mintues = sum.mintues % 60;
return sum;
}
//------重载-号
Time Time::operator-(const Time &t) const
{
Time diff;
int time1 = hours * 60 + mintues;
int time2 = t.hours * 60 + t.mintues;
diff.hours = (time1 - time2) / 60;
diff.mintues = (time1 - time2) % 60;
return diff;
}
//-------重载乘号
Time Time::operator*(double n) const
{
Time result;
long totalMintues = n*hours * 60 + n*mintues;
result.hours = totalMintues / 60;
result.mintues = totalMintues % 60;
return result;
}
//-------友元输出操作符
ostream & operator<<(ostream &os, const Time &t) //友元在类外定义的时候，不需要添加friend；
{
os << "hours:" << t.hours << " " << "mintues:" << t.mintues << " ";
return os;
}
main.cpp
//-----------------------
//main.cpp
//不用先生
//------------------------
#include
#include "mytime.h"
using namespace std;
int main()
{
{
Time eat_breakfast(0, 45);
Time eat_lunch(1, 0);
Time eat_dinner(1, 30);
Time swiming(0, 45); //非const对象，既可以调用const成员函数，也可以调用非const成员。
const Time study(8, 5); //const对象只能调用const成员函数。
// study_cut_swim;
Time study_cut_swim = study - swiming; //调用运算符重载后的Time类的减号；
Time Eat_time_day = eat_breakfast + eat_dinner + eat_lunch; //调用了重载以后的加法；
cout << "学习比游泳多花" << study_cut_swim << endl; //调用友元输出运算符<<
cout << "每周吃饭所花费的时间为" << (7 * Eat_time_day) << endl; //调用了友元乘法以及输出运算符；
}
system("pause");
return 0;
} 运行结果
已完。。
参考书籍《C++ Primer 第五版》、《C++ Primer Plus 第六版》
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