C++实现复数类来学习运算符重载

C++里面有一个叫作运算符重载的特性，它其实是基于函数实现的，下面就来介绍一下运算符重载。

1、What
　C++中预定义的运算符的操作对象只能是基本数据类型。但实际上，对于许多用户自定义类型（例如类），也需要类似的运算操作。这时就必须在C++中重新定义这些运算符，赋予已有运算符新的功能，使它能够用于特定类型执行特定的操作。运算符重载的实质是函数重载，它提供了C++的可扩展性，也是C++最吸引人的特性之一。
　　运算符重载函数的定义与其他函数的定义类似，惟一的区别是运算符重载函数的函数名是由关键字operator和其后要重载的运算符符号构成的。运算符函数定义的一般格式如下：
　　返回值 opreator 运算符（参数列表）
　　{
　　　函数体
　　}
当然，并不是所有运算符都可以实现重载，下面列举了能实现重载和不能实现重载的运算符。

2、Notice
a. 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@；
b. 重载操作符必须有一个类类型或者枚举类型的操作数；

   int operator +(const int _iNum1 , const int _iNum2 )   // 报错
   {
       return ( _iNum1 + _iNum2);
   }

   typedef enum TEST {one ,two ,three };
   int operator+(const int _iNum1 , const TEST _test )   //正确
   {
        return _iNum1;
   }

c. 用于内置类型的操作符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义；
d. 不再具备短求值特性
重载操作符不能保证操作符的求值顺序,在重载&&和||中，对每个操作数都要进行求值，而且对操作数的求值顺序不能做规定，因此：重载&&、||和逗号操作符不是好的做法。
e. 作为类成员的重载函数，其形参看起来比操作数数目少1

成员函数的操作符有一个默认的形参this，限定为第一个形参。

  CTest operator+(const CTest test1, const CTest test2)const   // 报错
   {
        return test1;
   }

   CTest operator+(const CTest test1)const
   {
        return test1;
   }

f. 一般将算术操作符定义为非成员函数，将赋值运算符定义成员函数
g. 操作符定义为非类的成员函数时，一般将其定义为类的友元
h. == 和 != 操作符一般要成对重载
i.下标操作符[]：一个非const成员并返回引用，一个是const成员并返回引用
j. 解引用操作符*和->操作符，不显示任何参数
k. 自增自减操作符
前置式++/–必须返回被增量或者减量的引用
后缀式操作符必须返回旧值，并且应该是值返回而不是引用返回
l. 输入操作符>>和输出操作符<<必须定义为类的友元函数

3、Realize

通过一个复数类来深入认识运算符重载

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;

//实现复数类
class Complex
{
public:
    Complex(const double real = 0.0, const double image = 0.0)
        :_real(real)
        , _image(image)
    {
        cout << "Create:" << this << endl;
    }
    Complex(const Complex& complex)
        :_real(complex._real)
        , _image(complex._image)
    {
        cout << "Copy Create:" << this << endl;
    }
    ~Complex()
    {
        cout << "Destroy:" << this << endl;
    }
    void Print()
    {
        cout << "real:" << _real << " image:" << _image << endl;
    }
    //实现各个运算符的重载
    //= + - * /
    Complex& operator=(const Complex& complex)
    {
        if (this != &complex)
        {
            _real = complex._real;
            _image = complex._image;
        }
        return *this;
    }
    Complex operator+(const Complex& complex)
    {
        return Complex(_real + complex._real, _image + complex._image);
    }
    Complex operator-(const Complex& complex)
    {
        return Complex(_real - complex._real, _image - complex._image);
    }
    Complex operator*(const Complex& complex)
    {
        //复数乘法：(a+bi) * (c+di) = （ac-bd）+ (ad+bc)i
        return Complex((_real*complex._real - _image*complex._image), (_real*complex._image + _image*complex._real));
    }
    Complex operator/(const Complex& complex)
    {
        //复数除法：(a+bi) / (c+di) = (ac+bd)/(c*c+d*d) + (bc-ad)i/(c*c+d*d)
        return Complex((_real*complex._real + _image*complex._image) / (complex._real*complex._real + complex._image*complex._image), \
                       (_image*complex._real - _real*complex._image) / (complex._real*complex._real + complex._image*complex._image));
    }
    //+= -= *= /=
    Complex operator+=(const Complex& complex)
    {
        _real += complex._real;
        _image += complex._image;
        return *this;
    }
    Complex operator-=(const Complex& complex)
    {
        _real -= complex._real;
        _image -= complex._image;
        return *this;
    }
    Complex operator*=(const Complex& complex)
    {
        //因为下面的运算中用到的都是_real和_image的初始值，所以在这儿先把它们的初始值保存下来（temp2可以不用定义直接用_image）
        double temp1 = _real;
        double temp2 = _image;
        _real = temp1*complex._real - temp2*complex._image;
        _image = temp1*complex._image + temp2*complex._real;
        return *this;
    }
    Complex operator/=(const Complex& complex)
    {
        double temp1 = _real;
        double temp2 = _image;
        _real = (temp1*complex._real + temp2*complex._image) / (complex._real*complex._real + complex._image*complex._image);
        _image = (temp2*complex._real - temp1*complex._image) / (complex._real*complex._real + complex._image*complex._image);
        return *this;
    }
    //> >= < <= == !=
    bool operator>(const Complex& complex)
    {
        return _real > complex._real;
    }
    bool operator>=(const Complex& complex)
    {
        return _real >= complex._real;
    }
    bool operator<(const Complex& complex)
    {
        return _real < complex._real;
    }
    bool operator<=(const Complex& complex)
    {
        return _real <= complex._real;
    }
    //上面四个函数只比较实部是因为：复数实部不为0，那么此时它是一个虚数，无法比较大小，这儿只是为了说明这几个运算符的
    //重载是如何实现的，没有实际的逻辑意义
    bool operator ==(const Complex& complex)
    {
        return (_real == complex._real) && (_image == complex._image);
    }
    bool operator !=(const Complex& complex)
    {
        return (_real != complex._real) || (_image != complex._image);
    }
    //前置++ --
    Complex& operator++()
    {
        _real++;
        _image++;
        return *this;
    }
    Complex& operator--()
    {
        _real--;
        _image--;
        return *this;
    }
    //后置++ --
    Complex operator++(int)
    {
        //因为后置的++和--，是先赋值，再++或--，所以这儿用一个临时变量来记住变量的值，然后把该变量自加1，
        //此时变量的值已经变了，但因为返回的是变量自加之前的值，所以整个表达式的值是该变量自加前的值
        Complex temp(*this);
        _real++;
        _image++;
        return temp;
    }
    Complex operator--(int)
    {
        Complex temp(*this);
        _real--;
        _image--;
        return temp;
    }
    //逻辑运算 && || !
    bool operator&&(const Complex& complex)
    {
        return ((_real != 0 || _image != 0) && (complex._real != 0 || complex._image != 0));
    }
    bool operator||(const Complex& complex)
    {
        return ((_real != 0 || _image != 0) || (complex._real != 0 || complex._image != 0));
    }
    bool operator!()
    {
        return !(_real != 0 || _image != 0);
    }
private:
    double _real;
    double _image;
};

//Test Complex() / Complex(const Complex& complex) / ~Complex() / Print() 
void TestFun1()
{
    Complex c1;
    Complex c2(1.1, 2.2);
    Complex c3(c2);
    c1.Print();
    c2.Print();
    c3.Print();
}

//Test operator= / operator+ / operator- / operator* / operator/
void TestFun2()
{
    Complex c1(1.1, 2.2);
    Complex c2(1.1, 2.2);
    Complex c3(0.0, 0.0);
    c3.operator=(c2);
    Complex c4 = c1.operator+(c2);
    Complex c5 = c1.operator-(c2);
    Complex c6 = c1.operator*(c2);
    Complex c7 = c1.operator/(c2);
    c1.Print();
    c2.Print();
    c3.Print();
    c4.Print();
    c5.Print();
    c6.Print();
    c7.Print();
}

//Test operator+= / operator-= / operator*= / operator/=
void TestFun3()
{
    Complex c1(1.1, 2.2);
    Complex c2(0.0, 0.0);
    Complex c3(0.0, 0.0);
    Complex c4(1.0, 1.0);
    Complex c5(1.1, 2.2);
    c2.operator+=(c1);
    c3.operator-=(c1);
    c4.operator*=(c1);
    c5.operator/=(c1);
    c1.Print();
    c2.Print();
    c3.Print();
    c4.Print();
    c5.Print();
}

//Test operator> / operator>= / operator< / operator<= / operator== / operator!=
void TestFun4()
{
    Complex c1(1.1, 2.2);
    Complex c2(0.0, 0.0);
    bool b1 = c1.operator>(c2);
    bool b2 = c1.operator>=(c2);
    bool b3 = c1.operator<(c2);
    bool b4 = c1.operator<=(c2);
    bool b5 = c1.operator==(c2);
    bool b6 = c1.operator!=(c2);
    cout << b1 << ' ' << b2 << ' ' << b3 << ' ' << b4 << ' ' << b5 << ' ' << b6 << endl;
}

//Test operator++() / operator++(int) / operator--() / operator--(int)
void TestFun5()
{
    Complex c1(1.1, 2.2);
    Complex c2(1.1, 2.2);
    Complex temp(0.0, 0.0);
    //因为要是直接用c1或c2输出，那么在输出时c1、c2的值已经是++或--运算的下一次使用了，因此用temp记住使用前的值
    temp.operator=(c1.operator++());
    temp.Print();
    temp.operator=(c1.operator++(1));
    temp.Print();
    temp.operator=(c2.operator--());
    temp.Print();
    temp.operator=(c2.operator--(1));
    temp.Print();
}

//Test operator&& / operator|| / operator!
void TestFun6()
{
    Complex c1(1.1, 2.2);
    Complex c2(0.0, 0.0);
    bool b1 = c1.operator&&(c2);
    bool b2 = c1.operator||(c2);
    bool b3 = c2.operator!();
    cout << b1 << ' ' <<  ' ' <<  b2 << ' ' << b3 << endl;
}

int main()
{
    //TestFun1();
    //TestFun2();
    TestFun3();
    //TestFun4();
    //TestFun5();
    //TestFun6();
    getchar();
    return 0;
}