【C++】类和对象（重载运算符、const对象）

于 2024-09-26 14:16:58 发布
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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言
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赋值运算符重载

运算符重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，
运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。

函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)

注意：

  1. 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
  2. 重载操作符必须有一个类类型参数用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
  3. 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
  4. :: * sizeof ? : 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。
// 全局的operator==
class Date
{ 
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
   {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }    
//private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？
// 这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
    return d1._year == d2._year
   		&& d1._month == d2._month
        && d1._day == d2._day;
}
void Test ()
{
    Date d1(2018, 9, 26);
    Date d2(2018, 9, 27);
    cout<<(d1 == d2)<<endl;
}


class Date
{ 
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }
    
    // bool operator==(Date* this, const Date& d2)
    // 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
    bool operator==(const Date& d2)
 {
        return _year == d2._year;
            && _month == d2._month
            && _day == d2._day;
 }
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};

赋值运算符重载

  1. 赋值运算符重载格式

    参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率

    返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值

    检测是否自己给自己赋值

    返回*this ：要复合连续赋值的含义

class Date
{ 
public :
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
   {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }
 
 Date (const Date& d)
   {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
   }
 
 Date& operator=(const Date& d)
 {
 if(this != &d)
       {
            _year = d._year;
            _month = d._month;
            _day = d._day;
       }
        
        return *this;
 }
private:
	int _year ;
	int _month ;
 	int _day ;
};
  1. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数
class Date
{
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
	 _year = year;
	 _month = month;
	 _day = day;
 }
 
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{
	 if (&left != &right)
	 {
		 left._year = right._year;
		 left._month = right._month;
		 left._day = right._day;
	 }
	 return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

原因：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。
此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。
在这里插入图片描述
3. 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。
注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符
重载完成赋值。

class Time
{
public:
 Time()
 {
 	_hour = 1;
 	_minute = 1;
 	_second = 1;
 }
 
 Time& operator=(const Time& t)
 {
	 if (this != &t)
	 {
		 _hour = t._hour;
		 _minute = t._minute;
		 _second = t._second;
	 }
 	return *this;
 }
 
private:
	 int _hour;
	 int _minute;
	 int _second;
};

class Date
{
private:
	 // 基本类型(内置类型)
	 int _year = 1970;
	 int _month = 1;
	 int _day = 1;
	 // 自定义类型
	 Time _t;
};

int main()
{
	 Date d1;
	 Date d2;
	 d1 = d2;
	 return 0;
}

既然编译器生成的默认赋值运算符重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己实
现吗？当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后说明的深拷贝去解决。
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
 Stack(size_t capacity = 10)
 {
	 _array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
	 if (nullptr == _array)
	 {
		 perror("malloc申请空间失败");
		 return;
	 }
	 _size = 0;
	 _capacity = capacity;
 }
 
 void Push(const DataType& data)
 {
	 // CheckCapacity();
	 _array[_size] = data;
	 _size++;
 }
 
 ~Stack()
 {
	 if (_array)
	 {
		 free(_array);
		 _array = nullptr;
		 _capacity = 0;
		 _size = 0;
	 }
 }
private:
	 DataType *_array;
	 size_t _size;
	 size_t _capacity;
};

int main()
{
 Stack s1;
 s1.Push(1);
 s1.Push(2);
 s1.Push(3);
 s1.Push(4);
 Stack s2;
 s2 = s1;
 return 0;
}

注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必
须要实现。
在这里插入图片描述

前置++和后置++重载

前置++：返回+1之后的结果
注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率

class Date
{
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
	 _year = year;
	 _month = month;
	 _day = day;
 }
 Date& operator++()
 {
	 _day += 1;
	 return *this;
 }
 private:
	 int _year;
	 int _month;
	 int _day;
}

后置++：
前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载，
C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器
自动传递。

注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存
一份，然后给this+1，而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用。

class Date
{
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
	 _year = year;
	 _month = month;
	 _day = day;
 }
 Date operator++(int)
 {
	 Date temp(*this);
	 _day += 1;
	 return temp;
 }
 private:
	 int _year;
	 int _month;
	 int _day;
}

const成员

将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数
隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
在这里插入图片描述
我们来看看下面的代码：

class Date
{
public:
 Date(int year, int month, int day)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }
 void Print()
 {
 cout << "Print()" << endl;
 cout << "year:" << _year << endl;
 cout << "month:" << _month << endl;
 cout << "day:" << _day << endl << endl;
 }
 void Print() const
 {
 cout << "Print()const" << endl;
 cout << "year:" << _year << endl;
 cout << "month:" << _month << endl;
 cout << "day:" << _day << endl << endl;
 }
private:
 int _year; // 年
 int _month; // 月
 int _day; // 日
};

void Test()
{
 Date d1(2022,1,13);
 d1.Print();
 const Date d2(2022,1,13);
 d2.Print();
}

请思考下面的几个问题：

  1. const对象可以调用非const成员函数吗？
  2. 非const对象可以调用const成员函数吗？
  3. const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？
  4. 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？

以下是对这四个问题的分析：

  1. const 对象不可以调用非 const 成员函数。

    • 原因：const 对象意味着其状态不能被改变，而非 const 成员函数可能会修改对象的状态，所以为了保证 const 对象的常量性，不允许 const 对象调用非 const 成员函数。

  2. 非 const 对象可以调用 const 成员函数。

    • 原因：const 成员函数承诺不修改对象的状态，对于非 const 对象来说，调用这样的函数不会带来意外的状态改变，是安全的操作。

  3. const 成员函数内不可以调用其它的非 const 成员函数。

    • 原因：const 成员函数本身承诺不修改对象的状态，而非 const 成员函数可能会修改对象状态，这与 const 成员函数的承诺相矛盾，所以不可以在 const 成员函数内调用非 const 成员函数。

  4. 非 const 成员函数内可以调用其它的 const 成员函数。

    • 原因：const 成员函数不修改对象状态，在非 const 成员函数中调用 const 成员函数不会影响非 const 成员函数对对象状态进行修改的能力，并且保证了在需要时可以获取对象的状态信息而不改变对象状态，是安全合理的操作。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。

class Date
{ 
public :
 Date* operator&()
 {
 	return this ;
 }
 const Date* operator&()const
 {
 	return this ;
 }
 
private :
 int _year ; // 年
 int _month ; // 月
 int _day ; // 日
};
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