【C++面向对象程序设计】CH4 运算符重载

韩博士要加油鸭

已于 2022-12-13 06:56:56 修改

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分类专栏： C++面向对象程序设计文章标签： java jvm 前端 1024程序员节

于 2022-10-24 11:19:54 首次发布

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本文详细介绍了C++中的运算符重载，包括运算符重载的概念、方法、规则和限制。通过多个示例，如复数加法、字符串比较、自增运算符等，阐述了如何作为成员函数和友元函数来重载运算符。同时，还讲解了重载流插入运算符"<<"和流提取运算符">>"的实现方式。

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一、什么是运算符重载

1.定义

2.实质

3.【例4.1】通过成员函数实现复数的加法

3.【例4.2】重载运算符，用于两个复数相加

四、运算符重载函数作为类成员函数与友元函数

1.【例4.3】将加法运算符重载为适用于复数加法，重载函数作为类的友元函数

2.【例4.4】定义一个字符串类String，用来处理不定长的字符串，重载相等、大于、小于关系运算符，用于两个字符串的等于、大于、小于的比较运算

（1）【分析】

（2）代码&结果

（3）说明

3.扩展到对三个运算符重载：在String类体中声明三个重载函数是友元函数，并编写相应的函数

六、重载单目运算符

1.含义

2.【例4.5】有一个Time类，数据成员有时、分、秒。要求模拟秒表，每次走一秒，满60秒进位，秒又从零开始计数。满60分进位，分又从零开始计数。输出时、分、秒的值

3.【例4.6】在【例4.5】的基础上增加后++运算符重载函数

七、重载流插入运算符和流提取运算符

1.含义

2.重载流插入运算符“<<”

（1）【例4-7】在【例4-2】的基础上用<<重载函数输出复数

（2）说明

3.重载流提取运算符“>>”

（1）【例4.8】在【例4.7】的基础上增加流提取运算符>>重载函数，用cin>>输入复数，用cout输出复数

（2）说明

一、什么是运算符重载

1.定义

C++为程序员提供了灵活的手段，让程序员自己定义类，自己设计相应的运算符（必须在已有的运算符基础上设计），使之应用于自己定义的类。与函数重载相似，对已有的运算符赋予新的含义，用一个运算符表示不同功能的运算，这就是运算符重载。

实际上，我们在此之前已经使用了运算符重载。如<<是C++的移位运算符，它又与流对象cout配合作为流插入运算符，这是C++对<<进行了重载处理。

2.实质

运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义。

必要性：C++中预定义的运算符其运算对象只能是基本数据类型，而不适用于用户自定义类型（如类）
将指定的运算表达式转化为对运算符函数的调用，运算对象转化为运算符函数的实参
编译系统对重载运算符的选择，遵循函数重载的选择原则

3.【例4.1】通过成员函数实现复数的加法

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex 
{
	private:
		double real;
		double imag;
	public:
		Complex() 
		{
			real = 0;
			imag = 0;
		}
		Complex(double r, double i) 
		{
			real = r;
			imag = i;
		}
		Complex complex_add(Complex &c2);
		void display();
};

Complex Complex::complex_add(Complex &c2) 
{
	Complex c;
	c.real = real + c2.real;
	c.imag = imag + c2.imag;
	return c;
}

void Complex::display() 
{
	cout << "(" << real << "," << imag << "i)" << endl;
}

int main() 
{
	Complex c1(3, 4), c2(5, -10), c3;
	c3 = c1.complex_add(c2);
	cout << "c1=";
	c1.display();
	cout << "c2=";
	c2.display();
	cout << "c1+c2";
	c3.display();
	return 0;
}

在Complex类中定义了complex_add函数做加法，函数的参数是引用对象，作为一个加数。在函数里定义了临时变量c，两个赋值语句相当于：
c.real=this->real+c2.real;
c.imag=this->imag+c2.imag;
在mian函数中通过对象c1调用加法函数，上面的语句相当于：
c.real=c1.real+c2.real;
c.imag=c1.imag+c2.imag;

二、运算符重载的方法

1.格式

运算符重载的方法是定义一个重载运算符函数，在需要时系统自动调用该函数，完成相应的运算。运算符重载实质上是函数的重载。运算符重载函数的格式是：

数据类型 operator 运算符（形参表）

{重载处理}

数据类型：是重载函数值的数据类型

operator是保留字

2.规则和限制

（1）规则和限制

C++中可以重载除下列运算符外的所有运算符：. .* :: ? :
只能重载C++语言中已有的运算符，不可臆造新的
不可改变原运算符的优先级和结合性
不能改变操作数个数
经重载的运算符，其操作数中至少应该有一个是自定义类型

（2）两种形式

重载为类成员函数
重载为友元函数

（3）运算符函数

声明类型

函数类型 operator 运算符（形参）

{

...

}

重载为类成员函数时：参数个数=原操作数个数-1（后置++，--除外）
重载为友元函数时：参数个数=原操作数个数，且至少应该有一个自定义类型的形参
不能重载的运算符有五个：.（成员运算符）、.*（成员指针运算符）、::（域运算符）、sizeof（长度运算符）、?:（条件运算符）
重载函数名是由operator和运算符联合组成
复数加法运算符重载函数原型可以是：

Complex operator+(Complex &c2);

3.【例4.2】重载运算符，用于两个复数相加

（1）分析

定义一个复数类，用成员函数实现加号的重载函数。两个复数相加结果仍是复数，所以函数的返回值的类型也是复数。用成员函数实现运算符重载函数时，掉用格式是“对象名.成员名”，此时对象就是一个参与运算的操作数，假发还需要另一个操作数，这个操作数用函数的参数传递，参数的类型就是复数类，而运算结果用函数值返回。

（2）代码&结果

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex 
{
	public:
		Complex() 
		{
			real = 0;
			imag = 0;
		}
		Complex(double r, double i) 
		{
			real = r;
			imag = i;
		}
		Complex operator +(Complex &c2);
		void display();
	private:
		double real;
		double imag;
};

Complex Complex::operator +(Complex &c2) 
{
	Complex c;
	c.real = real + c2.real;
	c.imag = imag + c2.imag;
	return c;
}

void Complex::display() 
{
	cout << "(" << real << "," << imag << "i)" << endl;
}

int main() 
{
	Complex c1(3, 4), c2(5, -10), c3;
	c3 = c1 + c2;    //直接用+即可
	cout << "c1=";
	c1.display();
	cout << "c2=";
	c2.display();
	cout << "c1+c2=";
	c3.display();
	return 0;
}

（3）说明

用运算符重载函数取代【例4.1】中的加法成员函数，从外观上看函数体和函数返回值都是相通的
在主函数中表达式c3=c1+c2取代了【例4.1】中的c3=c1.complex_add(c2)，编译系统将表达式c3=c1+c2解释为c1.operator +(c2)，对象c1调用的重载函数operator +，以c2为实参计算两个复数之和
在【例4.2】中能否用一个常量和一个复数相加？如c3=3+c2;（错误）。应该定义对象Complex c1(3.0,0);c3=c1+c2；
运算符重载后，其原来的功能仍然保留，编译系统根据运算表达式的上下文决定是否调用运算符重载函数。运算符重载和类结合起来，可以在C++中定义使用方便的新数据类型