C++运算符重载

本文详细介绍了如何在C++中重载加号(+),取反(-),相等(==)运算符,以及前置和后置自增运算符,并展示了如何使用友元和流操作符(<<,>>)。通过实例代码演示了复数类的创建和运算符重载的实现及其测试。

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C++运算符重载


C++运算符号重载

接下来构建一个复数类来说明运算符重载,该类含有两个成员变量

  1. 实数部分 real
  2. 虚数部分 imag

1.类的定义以及函数的声明

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

class Complex
{
public:
    int real, imag;
    Complex() : real(0), imag(0) {}
    Complex(int r) : real(r), imag(0) {}
    Complex(int r, int i) : real(r), imag(i) {}
    Complex(const Complex &t);
    ~Complex(){};
    // 二元运算符(+ - / * % == > < )重载举例
    friend Complex operator+(const Complex &t, const Complex &p);
    friend bool operator==(const Complex &t, const Complex &p);

    // 一元运算符重载举例
    friend Complex operator-(const Complex &t);
    Complex &operator++();   // 前置自增运算符
    Complex operator++(int); // 后置自增运算符

    friend istream &operator>>(istream &cin, Complex &t);  // 重载 >>
    friend ostream &operator<<(istream &cout, const Complex &t); // 重载 <<
};
// 拷贝构造函数
Complex::Complex(const Complex &t)
{
    real = t.real;
    imag = t.imag;
}

2. 加号运算符 + 重载

/ 重载+ 号
Complex operator+(const Complex &t, const Complex &p)
{
    return Complex(p.real + t.real, p.imag + t.imag);
}

3. 取反运算符号 - 重载

// 重载取反符号 -
Complex operator-(const Complex &t)
{
    Complex temp(-t.real, -t.imag);
    return temp;
}

4. 相等运算符 == 重载

// 重载==号
bool operator==(const Complex &t, const Complex &p)
{
    return ((t.real == p.real) && (t.imag == p.imag));
}

5. 前置自增运算符重载 ++A

// 重载 前置自增加运算符
Complex &Complex::operator++()
{
    this->real++;
    this->imag++;
    return *this; // 需要返回this自增之后的结果,直接返回this用引用接收
}

6. 后置自增运算符重载 A++

// 重载 后置自增加运算符
Complex Complex::operator++(int)
{
    Complex temp(*this);
    this->real++;
    this->imag++;
    return temp; // 需要返回this自增之前的结果,所以用临时变量返回
}

7. << 和 >> 运算符重载

// 重载 >>
istream &operator>>(istream &cin, Complex &t)
{
    cin >> t.real >> t.imag;
    return cin;
}
// 重载 <<
ostream &operator<<(ostream &cout, const Complex &t)
{
    cout<<t.real;
    if(t.imag>0)
        cout<<"+";
    else if(t.imag==0)
        return cout;
    cout<<t.imag<<"i"<<endl;
    return cout;
}

8.测试

int main()
{
    Complex a(2, 2), b(2, 2);
    Complex c(a);           // 拷贝构造
    cout << a << endl;      // 2+2i

    c = a + b;              // 重载 + 号
    cout << c << endl;      // 4+4i
    cout << (b == a) << endl; // 1

    c = c + 20;             // 有对应的构造函数,会自动执行特定的类型转换。
    cout << c << endl;      // 24+4i

    a = -a;
    cout << a << endl;      // -2-2i

    b++;
    cout << b << endl;      // 3+3i
    ++b;
    cout << b << endl;      // 4+4i

    cin >> b;               //输入
    cout << b << endl;
    return 0;
}

运算符重载为全局函数时,参数的个数等于运算符的目数(即操作数的个数);

运算符重载为成员函数时,参数的个数等于运算符的目数减一。

可将操作符号作为类的友元,虽然着并非必须的。

<think>好的,我现在要帮用户介绍C++运算符重载。首先,我需要回忆一下运算符重载的基本概念。运算符重载允许用户自定义类型使用C++内置的运算符,比如+、-、*等,使得代码更直观和易读。例如,可以让两个对象直接相加,而不必调用特定的函数。 接下来,我应该考虑用户可能的背景。用户可能是刚开始学习C++,或者已经有一定基础但想深入了解运算符重载。因此,解释需要清晰,从基础开始,逐步深入。可能需要先说明什么是运算符重载,为什么需要它,然后讲解如何实现,包括语法和注意事项。 然后,运算符重载的语法是关键部分。需要详细说明如何定义运算符重载函数,包括成员函数和非成员函数(友元函数)的区别。例如,重载+运算符时,成员函数通常只需要一个参数,因为左操作数是对象本身,而非成员函数需要两个参数。同时,要提到一些运算符必须作为成员函数重载,比如赋值运算符=。 例子是帮助理解的重要部分。我应该举一个简单的例子,比如为自定义的Vector类重载+运算符,这样用户可以看到具体的实现方式。同时,需要区分成员函数和非成员函数的例子,说明它们的不同应用场景。 注意事项和常见问题也不能遗漏。比如不能重载运算符(如.、::、sizeof等),以及重载时保持运算符的原有语义,避免滥用导致代码难以理解。此外,还需要提到运算符的返回类型和参数类型的选择,比如是否返回引用或值,参数的const修饰等。 用户可能还会有疑问,比如运算符重载的使用场景,或者何时应该使用成员函数而非友元函数。因此,在解释过程中需要涵盖这些方面,可能的话,给出一些最佳实践的建议。 最后,总结运算符重载的优点和需要注意的地方,帮助用户全面理解。确保语言通俗易懂,避免过于专业的术语,必要时进行类比,让用户更容易接受。</think>### C++运算符重载详解 #### 1. 什么是运算符重载运算符重载(Operator Overloading)是C++中的一种特性,允许开发者**为自定义类型(如类或结构体)重新定义运算符的行为**。通过重载运算符,可以让对象像内置类型(如`int`、`double`)一样使用`+`、`-`、`*`、`==`等运算符,提升代码可读性和简洁性。 --- #### 2. 如何实现运算符重载运算符重载通过**成员函数**或**全局函数**实现,语法形式为: $$ \text{返回类型 operator 运算符(参数列表)} $$ ##### 示例1:成员函数重载`+` ```cpp class Vector { public: int x, y; // 成员函数重载 + Vector operator+(const Vector& other) { return {x + other.x, y + other.y}; } }; // 使用 Vector v1{1, 2}, v2{3, 4}; Vector v3 = v1 + v2; // 等价于 v1.operator+(v2) ``` ##### 示例2:全局函数重载`<<`(输出流) ```cpp class Student { public: string name; int age; }; // 全局函数重载 << ostream& operator<<(ostream& os, const Student& s) { os << "Name: " << s.name << ", Age: " << s.age; return os; } // 使用 Student s{"Alice", 20}; cout << s; // 输出: Name: Alice, Age: 20 ``` --- #### 3. 常见运算符重载规则 | 运算符类型 | 可重载性 | 示例 | |------------------|----------------|----------------------| | 算术运算符 | `+`, `-`, `*` | `a + b` | | 关系运算符 | `==`, `>`, `<` | `a == b` | | 赋值运算符 | `=`, `+=` | `a = b` | | 下标运算符 | `[]` | `a[0]` | | 函数调用运算符 | `()` | `a(1, 2)` | | **不可重载运算符** | `.`、`::`、`?:`、`sizeof` | 无法重载 | --- #### 4. 关键注意事项 1. **参数限制**: - 至少一个操作数是用户自定义类型(不能全为内置类型)。 - 不能修改运算符的优先级或结合性。 2. **成员函数 vs 全局函数**: - 赋值运算符(`=`)、下标运算符(`[]`)、函数调用运算符(`()`)**必须**作为成员函数重载。 - 输入输出运算符(`>>`、`<<`)通常作为全局函数。 3. **保持语义一致性**: - 例如重载`+`时,不应修改操作数本身,而应返回新对象。 --- #### 5. 完整示例:复数类重载 ```cpp class Complex { private: double real, imag; public: Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {} // 成员函数重载 + Complex operator+(const Complex& other) { return Complex(real + other.real, imag + other.imag); } // 全局友元函数重载 << friend ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c); }; ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c) { os << c.real << " + " << c.imag << "i"; return os; } // 使用 Complex c1(2, 3), c2(4, 5); Complex c3 = c1 + c2; cout << c3; // 输出: 6 + 8i ``` --- #### 6. 应用场景 - 数学计算(向量、矩阵、复数) - 字符串操作(`str1 + str2`) - 容器类(自定义数组、链表) --- #### 7. 总结 **优点**:提升代码直观性,使自定义类型操作更自然。 **注意**:避免过度使用或违反直觉的重载(例如用`+`实现减法)。
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