C++中运算符的重载
什么是运算符的重载?
运算符与类结合，产生新的含义。对象直接可以进行加减。
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)，
在程序中有时候需要来做一些对象之间的运算，比如复数的计算，还有字符串的运算，这时候就要使用重载运算符。平常的运算都是内置类型(int,float等)之间进行。
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。
使用重载操作符
使用重载操作符的方式，与内置类型操作数上使用操作符的方式一样。假定
item1 和 item2 是 Sales_item 对象，可以打印它们的和，就像打印两个 int
的和一样：
cout << item1 + item2 << endl;
这个表达式隐式调用为 Sales_items 类而定义的 operator+。
也可以像调用普通函数一样调用重载操作符函数，指定函数并传递适当类型
适当数目的形参：
// equivalent direct call to nonmember operator function
cout << operator+(item1, item2) << endl;
这个调用与 item1 和 item2 相加的表达式等效运算符重载举例：
+和 -运算符的重载：
- class Point
- {
- private:
- int x;
- public:
- Point(int x1)
- { x=x1;}
- Point(Point& p)
- { x=p.x;}
- const Point operator+(const Point& p);//使用成员函数重载加号运算符
- friend const Point operator-(const Point& p1,const Point& p2);//使用友元函数重载减号运算符
- };
- const Point Point::operator+(const Point& p)
- {
- return Point(x+p.x);
- }
- Point const operator-(const Point& p1,const Point& p2)
- {
- return Point(p1.x-p2.x);
- }
class Point
{
private:
int x;
public:
Point(int x1)
{ x=x1;}
Point(Point& p)
{ x=p.x;}
const Point operator+(const Point& p);//使用成员函数重载加号运算符
friend const Point operator-(const Point& p1,const Point& p2);//使用友元函数重载减号运算符
};
const Point Point::operator+(const Point& p)
{
return Point(x+p.x);
}
Point const operator-(const Point& p1,const Point& p2)
{
return Point(p1.x-p2.x);
}
调用:
- Point a(1); //类point的一个对象a
- Point b(2);
- a+b; //正确，调用成员函数
- a-b; //正确，调用友元函数
- 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
- 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
- 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
- 1-a; //正确，先类型转换 后调用友元函数
Point a(1); Point b(2); a+b; //正确，调用成员函数 a-b; //正确，调用友元函数 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 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 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 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：
- class Point
- {
- private:
- int x;
- public:
- Point(int x1)
- { x=x1;}
- Point operator++();//成员函数定义自增
- const Point operator++(int x); //后缀可以返回一个const类型的值
- friend Point operator--(Point& p);//友元函数定义--
- friend const Point operator--(Point& p,int x);//后缀可以返回一个const类型的值
- };
- Point Point::operator++()//++obj
- {
- x++;
- return *this;
- }
- const Point Point::operator++(int x)//obj++
- {
- Point temp = *this;
- this->x++;
- return temp;
- }
- Point operator--(Point& p)//--obj
- {
- p.x--;
- return p;
- //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
- }
- const Point operator--(Point& p,int x)//obj--
- {
- Point temp = p;
- p.x--;
- return temp;
- // 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
- }
class Point
{
private:
int x;
public:
Point(int x1)
{ x=x1;}
Point operator++();//成员函数定义自增
const Point operator++(int x); //后缀可以返回一个const类型的值
friend Point operator--(Point& p);//友元函数定义--
friend const Point operator--(Point& p,int x);//后缀可以返回一个const类型的值
};
Point Point::operator++()//++obj
{
x++;
return *this;
}
const Point Point::operator++(int x)//obj++
{
Point temp = *this;
this->x++;
return temp;
}
Point operator--(Point& p)//--obj
{
p.x--;
return p;
//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
}
const Point operator--(Point& p,int x)//obj--
{
Point temp = p;
p.x--;
return temp;
// 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
}
函数调用：
- <PRE class=cpp name="code">Point a(1);
- Point b(2);
- a++;//隐式调用成员函数operator++(0),后缀表达式
- ++a;//隐式调用成员函数operator++(),前缀表达式
- b--;//隐式调用友元函数operator--(0),后缀表达式
- --b;//隐式调用友元函数operator--(),前缀表达式
- cout<<a.operator ++(2);//显式调用成员函数operator ++(2)，后缀表达式
- cout<<a.operator ++();//显式调用成员函数operator ++()，前缀表达式
- cout<<operator --(b,2);//显式调用友元函数operator --(2)，后缀表达式
- cout<<operator --(b);//显式调用友元函数operator --()，前缀表达式 </PRE>
- Point a(1);
- Point b(2);
- a++;//隐式调用成员函数operator++(0),后缀表达式
- ++a;//隐式调用成员函数operator++(),前缀表达式
- b--;//隐式调用友元函数operator--(0),后缀表达式
- --b;//隐式调用友元函数operator--(),前缀表达式
- cout<<a.operator ++(2);//显式调用成员函数operator ++(2)，后缀表达式
- cout<<a.operator ++();//显式调用成员函数operator ++()，前缀表达式
- cout<<operator --(b,2);//显式调用友元函数operator --(2)，后缀表达式
- cout<<operator --(b);//显式调用友元函数operator --()，前缀表达式
Point a(1); Point b(2); a++;//隐式调用成员函数operator++(0),后缀表达式 ++a;//隐式调用成员函数operator++(),前缀表达式 b--;//隐式调用友元函数operator--(0),后缀表达式 --b;//隐式调用友元函数operator--(),前缀表达式 cout<<a.operator ++(2);//显式调用成员函数operator ++(2)，后缀表达式 cout<<a.operator ++();//显式调用成员函数operator ++()，前缀表达式 cout<<operator --(b,2);//显式调用友元函数operator --(2)，后缀表达式 cout<<operator --(b);//显式调用友元函数operator --()，前缀表达式
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[ ]
- class Point
- {
- private:
- int x[5];
- public:
- Point()
- {
- for (int i=0;i<5;i++)
- {
- x[i]=i;
- }
- }
- int& operator[](int y);
- };
- int& Point::operator[](int y)
- {
- static int t=0;
- if (y<5)
- {
- return x[y];
- }
- else
- {
- cout<<"下标出界";
- return t;
- }
- }
class Point
{
private:
int x[5];
public:
Point()
{
for (int i=0;i<5;i++)
{
x[i]=i;
}
}
int& operator[](int y);
};
int& Point::operator[](int y)
{
static int t=0;
if (y<5)
{
return x[y];
}
else
{
cout<<"下标出界";
return t;
}
}
调用：
- Point a;
- for (int i=0;i<10;i++)
- {
- 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
- }
- a[0]=10;
Point a;
for (int i=0;i<10;i++)
{
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
}
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( )
- class Point
- {
- private:
- int x;
- public:
- Point(int x1)
- { x=x1;}
- const int operator()(const Point& p);
- };
- const int Point::operator()(const Point& p)
- {
- return (x+p.x);
- }
class Point
{
private:
int x;
public:
Point(int x1)
{ x=x1;}
const int operator()(const Point& p);
};
const int Point::operator()(const Point& p)
{
return (x+p.x);
}
- 调用：
- Point a(1);
- Point b(2);
- cout<<a(b);
调用： Point a(1); Point b(2); 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<< >>
- class Point
- {
- private:
- int x;
- public:
- Point(int x1)
- { x=x1;}
- friend ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p);//使用友元函数重载<<输出运算符
- friend istream& operator>>(istream& cin,Point& p);//使用友元函数重载>>输出运算符
- };
- ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)
- {
- cout<<p.x<<endl;
- return cout;
- }
- istream& operator>>(istream& cin,Point& p)
- {
- cin>>p.x;
- return cin;
- }
class Point
{
private:
int x;
public:
Point(int x1)
{ x=x1;}
friend ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p);//使用友元函数重载<<输出运算符
friend istream& operator>>(istream& cin,Point& p);//使用友元函数重载>>输出运算符
};
ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)
{
cout<<p.x<<endl;
return cout;
}
istream& operator>>(istream& cin,Point& p)
{
cin>>p.x;
return cin;
}
- 调用：
- Point a(1);
- Point b(2);
- cin>>a>>b;
- cout<<a<<b<<endl;
调用： Point a(1); Point b(2); cin>>a>>b; 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