C++运算符重载与友元函数的探索-优快云博客

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背景简介

C++语言的一个强大特性是运算符重载，它允许程序员为类定义运算符的行为。此外，友元函数在C++中提供了一种特殊的访问权限，能够访问类的私有成员。本文将通过具体的例子，探讨运算符重载和友元函数的原理和实践。

运算符重载

运算符重载允许我们为自定义类型定义运算符的意义。在C++中，大多数运算符都可以被重载，包括常见的如加（+）、减（-）、乘（*）等。重载运算符是通过在类中定义特殊的成员函数实现的。

以复数类Complex为例，这个类设计用于表示复数，支持基本的数学运算。通过运算符重载，我们可以将复数的加、减、乘、除运算符扩展到Complex类的对象上。例如，复数加法运算符重载如下：

Complex Complex::operator+(const Complex c) const {
    return Complex(real + c.real, imag + c.imag);
}

这段代码定义了两个复数对象如何进行加法运算，使复数运算直观易懂。

友元函数

友元函数是C++中一种特殊的函数，虽然不是类的成员函数，但能够访问类的私有成员。友元函数提供了一种灵活的机制，允许某些函数绕过封装的限制。它通常用于以下情况：

当需要让库函数访问类的私有成员时。
当函数需要访问两个或更多类的私有成员时。
在实现运算符重载时提供更灵活的选项。

例如，若要让标准库函数如 strlen 能够访问私有成员，可以将其声明为友元函数：

class C {
    char* string;
public:
    C(char* s) {
        string = new char[strlen(s) + 1];
        strcpy(string, s);
    }
    friend int strlen(char*);
};

这里， strlen 函数作为友元，能够访问 C 类的私有成员 string 。

复数类的实现

在实际应用中，复数类Complex的实现演示了运算符重载的具体用法。Complex类通过运算符重载使得复数的运算变得直观。以下为复数类的构造函数和运算符重载方法：

class Complex {
    double real;
    double imag;
public:
    Complex() { real = imag = 0.0; }
    Complex(double r, double i) { real = r; imag = i; }
    // 运算符重载方法
    Complex operator+(const Complex c) const;
    // ... 其他运算符重载方法
};