第十一章，使用类
第十一章，使用类
运算符重载
在头文件中，如果函数在类声明的时候同时也定义了原型，则自动成为内联函数，这种句法适用于声明那些不会对其显示访问的对象进行修改的函数。1、成员 重载运算符函数 是实现重载运算符的工具，其格式如下：
operato op（arguement-list） ,其中，op为要重载的运算符；
arguement-list为函数的参数，一般为被重载运算符所属的对象（以重载 + 为例，初学便于理解）；
如：
成员运算符函数声明原型
Time operateor+(const Time & t )const; 其中参数Time & t为要引用的对象；
调用成员运算符函数
total = T1 + T2 ; T1、T2为Time对象，注意，T1，T2的顺序不能反，见下面，
上面的调用函数也可以写成
total = T1.operateor+(T2);
2、非成员 重载运算符函数 原型格式（即友元函数，作为类的扩展接口的组成部分，类方法和友元只是表达类接口的两种不同机制）：
以重载 + 为例，
其函数声明原型为
friend Time operate+(const Time & t1 ,const Time & t2);
以重载 * 为例，其函数声明原型为
friend Time operate* (double m,const & t); 注意，此处参数的顺序与成员运算符函数的参数顺序相反
其定义函数前面不用加 Time:: 限定符，且在定义中，不用加关键字friend，但如果定义的同时也是原型时，如inline内联函数，则需要加friend前缀；
其函数调用方式如下：
T2 = operateor*(2.75,T1)
注意：
虽然 operate*（）函数是在类中声明的，但是不属于成员函数，因此不能用成员运算符来调用；
虽然 operate*（）函数不是类成员函数，但它与成员函数的访问权限相同；
3.1、 重载 << 运算符时，最好用友元函数，因为
如果像重载 * 那样，则
cout << trip；
如果使用Time成员函数来重载<<，Time对象将是第一个操作数，就像使用成员函数*运算符那样，这意味着必须这样使用
trip <<cout；
这明显不是我们想要的，会让人迷惑，为改变这种做法，可以使用友元函数可以像下面这样重载函数运算符：
void operator<<(ostream & os,const Time & t)
{
os << t.hours<<" hours," <<t.minutes<< " minutes ";
}
这样，可以使用下面的语句：
cout << trip;
3.2、如上重载方法不允许如下使用：
cout << “trip time:”<< trip << " Tuesday\n";
即不能连用 << 运算符；因为cout << x << y 相当于 (cout << x ) << y;则cout<< x肯定返回的是ostream对象，因此，可以对友元函数采用如下做法，
ostream & operator << (ostream & os,const Time & t)
{
os << t.hours << " hours ," << t.minutes << " minutes";
return os;
}
注意，返回类型是ostream&,这意味着该函数返回ostream 对象的引用，则下面的语句：
cout << trip;
将被转化为如下的调用;
operator <<(cout,trip);
而该调用返回cout对象。
4、转换构造函数只用于从某种类型到类类型的转换，且只有接受一个参数的构造函数才能作为转换函数；
operatorComplex(double r){real=r;imag=0;} //转换构造函数
要进行相反的转换，必须使用特殊的C++运算符函数------转换函数；那么，如何创建转换函数呢？要转化为typename 类型，需要使用这种形式的转换函数
operator typeName（）；//转换类型函数
请注意以下几点：
# 转换函数必须是类方法；
# 转换函数不能指定返回类型；
# 转换函数不能有参数；
例如，转换为double类型的函数的原型如下：
operator double();
typeName 指出了要转换成的类型，因此不需要指定返回类型。转换函数是类方法意味着：他需要通过类对象来调用，从而告知函数要转换的值。因此，不需要参数。
将构造函数用于自动类型转换函数似乎是一项不错的特性。然而，当程序员拥有更丰富的c++经验时，将发现这种自动特性并非总是符合需要的，因为这会导致意外的类型转换。因此，c++新增了关键字 explicit ，用于关闭这种特性。
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++提供类型转换函数(type conversion function)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。如果已声明了一个Complex类，可以在Complex类中这样定义类型转换函数：
operator double( )
{
return real;
}
函数返回double型变量real的值。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类中的数据成员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（在定义运算符“+”的重载函数时，函数名是operator +）。
类型转换函数的一般形式为：
operator 类型名( )
{
实现转换的语句
}
在函数名前面不能指定函数类型，函数没有参数。其返回值的类型是由函数名中指定的类型名来确定的。类型转换函数只能作为成员函数，因为转换的主体是本类的对象。不能作为友元函数或普通函数。
从函数形式可以看到，它与运算符重载函数相似，都是用关键字operator开头，只是被重载的是类型名。double类型经过重载后，除了原有的含义外，还获得新的含义(将一个Complex类对象转换为double类型数据，并指定了转换方法)。这样，编译系统不仅能识别原有的double型数据，而且还会把Complex类对象作为double型数据处理。
那么程序中的Complex类对具有双重身份，既是Complex类对象，又可作为double类型数据。Complex类对象只有在需要时才进行转换，要根据表达式的上下文来决定。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，编译系统会自动调用这些函数，建立一个无名的临时对象(或临时变量)。
[例10.9] 使用类型转换函数的简单例子。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- class Complex
- {
- public:
- Complex( ){real=0;imag=0;}
- Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
- operator double( ) {return real;} //类型转换函数
- private:
- double real;
- double imag;
- };
- int main( )
- {
- Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3; //调用构造函数创建3个对象
- double d;
- d=2.5+c1;//要求将一个double数据与Complex类数据相加
- cout<<d<<endl;
- return 0;
- }
1) 如果在Complex类中没有定义类型转换函数operator double，程序编译将出错。因为不能实现double 型数据与Complex类对象的相加。现在，已定义了成员函数 operator double，就可以利用它将Complex类对象转换为double型数据。请注意， 程序中不必显式地调用类型转换函数，它是自动被调用的，即隐式调用 。在什么情况下调用类型转换函数呢？编译系统在处理表达式 2.5 +cl 时，发现运算符“+”的左侧是double型数据，而右侧是Complex类对象，又无运算符“+”重载函数，不能直接相加，编译系统发现有对double的重载函数，因此调用这个函数，返回一个double型数据，然后与2.5相加。
2) 如果在main函数中加一个语句：
c3=c2;
请问此时编译系统是把c2按Complex类对象处理呢，还是按double型数据处理？由于赋值号两侧都是同一类的数据，是可以合法进行赋值的，没有必要把c2转换为double型数据。
3) 如果在Complex类中声明了重载运算符“+”函数作为友元函数：
Complex operator+ (Complex c1，Complex c2)//定义运算符“+”重载函数
{
return Complex(c1.real+c2.real， c1.imag+c2.imag);
}
若在main函数中有语句
c3=c1+c2;
由于已对运算符“+”重载，使之能用于两个Complex类对象的相加，因此将c1和c2按Complex类对象处理，相加后赋值给同类对象c3。如果改为
d=c1+c2; //d为double型变量
将c1与c2两个类对象相加，得到一个临时的Complex类对象，由于它不能赋值给double型变量，而又有对double的重载函数，于是调用此函数，把临时类对象转换为double数据，然后赋给d。
从前面的介绍可知，对类型的重载和对运算符的重载的概念和方法都是相似的，重载函数都使用关键字operator。因此，通常把类型转换函数也称为类型转换运算符函数，由于它也是重载函数，因此也称为类型转换运算符重载函数(或称强制类型转换运算符重载函数)。
假如程序中需要对一个Complex类对象和一个double型变量进行+，-，*，/等算术运算，以及关系运算和逻辑运算，如果不用类型转换函数，就要对多种运算符进行重载，以便能进行各种运算。这样，是十分麻烦的，工作量较大，程序显得冗长。如果用类型转换函数对double进行重载(使Complex类对象转换为double型数据)，就不必对各种运算符进行重载，因为Complex类对象可以被自动地转换为double型数据，而标准类型的数据的运算，是可以使用系统提供的各种运算符的。
[例10.10] 包含转换构造函数、运算符重载函数和类型转换函数的程序。先阅读以下程序，在这个程序中只包含转换构造函数和运算符重载函数。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- class Complex
- {
- public:
- Complex( ){real=0;imag=0;} //默认构造函数
- Complex(double r){real=r;imag=0;}//转换构造函数
- Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}//实现初始化的构造函数
- friend Complex operator + (Complex c1,Complex c2); //重载运算符“+”的友元函数，非标准类型，都需要实现重载运算符后才能相加
- void display( );
- private:
- double real;
- double imag;
- };
- Complex operator + (Complex c1,Complex c2)//定义运算符“+”重载函数
- {
- return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.imag);
- }
- void Complex::display( )
- {
- cout<<"("<<real<<","<<imag<<"i)"<<endl;
- }
- int main( )
- {
- Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;
- c3=c1+2.5; //复数与double数据相加
- c3.display( );
- return 0;
- }
对程序的分析：
1) 如果没有定义转换构造函数，则此程序编译出错。
2) 现在，在类Complex中定义了转换构造函数，并具体规定了怎样构成一个复数。由于已重载了算符“+”，在处理表达式c1+2.5时，编译系统把它解释为
operator+(c1, 2.5)
由于2.5不是Complex类对象，系统先调用转换构造函数Complex(2.5)，建立一个临时的Complex类对象，其值为(2.5+0i)。上面的函数调用相当于
operator+(c1, Complex(2.5))
将c1与(2.5+0i) 相加，赋给c3。运行结果为
(5.5+4i)
3) 如果把“c3=c1+2.5;”改为c3=2.5+c1; 程序可以通过编译和正常运行。过程与前相同。
从中得到一个重要结论，在已定义了相应的转换构造函数情况下，将运算符“+”函数重载为友元函数，在进行两个复数相加时，可以用交换律。
如果运算符重载函数为成员函数，它的第一个参数必须是本类的对象。当第一个操作数不是类对象时，不能将运算符重载函数变为成员函数。如果将运算符“+”重载函数变为类的成员函数，交换律不适用。
由于这个原因，一般情况下将双目运算符重载函数成为友元函数。单目运算符重载函数则多为成员函数。
4) 如果一定要将运算符函数重载为成员函数，而第一个操作数又不是类对象时，只有一个办法能够解决，再重载一个运算符“+”函数，其第一个参数为double型。当然此函数只能是友元函数，函数原型为
friend operator+(double, Complex &);
显然这样做不太方便，还是将双目运算符函数重载为友元函数方便些。
5) 在上面程序的基础上增加类型转换函数：
operator double( ){return real;}
此时Complex类的公用部分为：
public:
Complex( ){real=0;imag=0;}
operator Complex(double r){real=r;imag=0;} //转换构造函数
Complex(double r，double i){real=r;imag=i;}
double( ){return real;}//类型转换函数
friend Complex operator+ (Complex c1，Complex c2); //重载运算符“+”
void display( );
其余部分不变。程序在编译时出错，原因是出现二义性。