C++运算符重载

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#c++ #c #string #delete #class #语言

本文详细介绍了C++中运算符重载的概念、作用及限制，包括重载的形式、适用的运算符种类，以及如何实现复数类的四则运算等案例。

出自： http://hi.baidu.com/hh03001/blog/item/9f76b29bb6c936bcc8eaf45b.html

运算符重载的几个问题

　　1. 运算符重载的作用是什么？

　　它答应你为类的用户提供一个直觉的接口。

　　运算符重载答应C/C++的运算符在用户定义类型(类)上拥有一个用户定义的意义。重载的运算符是函数调用的语法修饰：

class Fred
{
public:
// ...
};

#if 0
// 没有算符重载：
Fred add(Fred, Fred);
Fred mul(Fred, Fred);

Fred f(Fred a, Fred b, Fred c)
{
return add(add(mul(a,b), mul(b,c)), mul(c,a)); // 哈哈，多可笑...
}
#else
// 有算符重载：
Fred operator+ (Fred, Fred);
Fred operator* (Fred, Fred);

Fred f(Fred a, Fred b, Fred c)
{
return a*b + b*c + c*a;
}
#endif
　　2. 算符重载的好处是什么？

　　通过重载类上的标准算符，你可以发掘类的用户的直觉。使得用户程序所用的语言是面向问题的，而不是面向机器的。

　　最终目标是降低学习曲线并减少错误率。

　　3. 哪些运算符可以用作重载？

　　几乎所有的运算符都可用作重载。具体包含：

　　算术运算符：+,-,*,/,%,++,--;
　　位操作运算符：&,,~,^,＜＜,＞＞
　　逻辑运算符：!,&&,;
　　比较运算符：＜,＞,＞=,＜=,==,!=;
　　赋值运算符：=,+=,-=,*=,/=,%=,&=,=,^=,＜＜=,＞＞=;
　　其他运算符：[],(),-＞,,(逗号运算符),new,delete,new[],delete[],-＞*。

　　下列运算符不答应重载：

　　.,.*,::,?:

　　4. 运算符重载后，优先级和结合性怎么办？

　　用户重载新定义运算符，不改变原运算符的优先级和结合性。这就是说，对运算符重载不改变运算符的优先级和结合性，并且运算符重载后，也不改变运算符的语法结构，即单目运算符只能重载为单目运算符，双目运算符只能重载双目运算符。

　　5. 编译程序如何选用哪一个运算符函数？

　　运算符重载实际是一个函数，所以运算符的重载实际上是函数的重载。编译程序对运算符重载的选择，遵循着函数重载的选择原则。当碰到不很明显的运算时，编译程序将去寻找参数相匹配的运算符函数。

　　6. 重载运算符有哪些限制？

　　(1) 不可臆造新的运算符。必须把重载运算符限制在C++语言中已有的运算符范围内的答应重载的运算符之中。

　　(2) 重载运算符坚持4个“不能改变”。

　　·不能改变运算符操作数的个数；
　　·不能改变运算符原有的优先级；
　　·不能改变运算符原有的结合性；
　　·不能改变运算符原有的语法结构。

　　7. 运算符重载时必须遵循哪些原则？

　　运算符重载可以使程序更加简洁，使表达式更加直观，增加可读性。但是，运算符重载使用不宜过多，否则会带来一定的麻烦。

　　使用重载运算符时应遵循如下原则：

　　(1) 重载运算符含义必须清楚。

　　(2) 重载运算符不能有二义性。运算符重载函数的两种形式

　　运算符重载的函数一般地采用如下两种形式：成员函数形式和友元函数形式。这两种形式都可访问类中的私有成员。

　　1. 重载为类的成员函数

　　这里先举一个关于给复数运算重载复数的四则运算符的例子。复数由实部和虚部构造，可以定义一个复数类，然后再在类中重载复数四则运算的运算符。先看以下源代码：

#include ＜iostream.h＞

class complex
{
public:
complex() { real=imag=0; }
complex(double r, double i)
{
real = r, imag = i;
}
complex operator +(const complex &c);
complex operator -(const complex &c);
complex operator *(const complex &c);
complex operator /(const complex &c);
friend void print(const complex &c);
private:
double real, imag;
};

inline complex complex::operator +(const complex &c)
{
return complex(real + c.real, imag + c.imag);
}

inline complex complex::operator -(const complex &c)
{
return complex(real - c.real, imag - c.imag);
}

inline complex complex::operator *(const complex &c)
{
return complex(real * c.real - imag * c.imag, real * c.imag + imag * c.real);
}

inline complex complex::operator /(const complex &c)
{
return complex((real * c.real + imag + c.imag) / (c.real * c.real + c.imag * c.imag),
(imag * c.real - real * c.imag) / (c.real * c.real + c.imag * c.imag));
}

void print(const complex &c)
{
if(c.imag＜0)
cout＜＜c.real＜＜c.imag＜＜'i';
else
cout＜＜c.real＜＜'+'＜＜c.imag＜＜'i';
}

c1+c2=6+1i
c1-c2=-2+5i
c1*c2=14+8i
c1/c2=0.45+0.8i
(c1+c2)*(c1-c2)*c2/c1=9.61538+25.2308i
　　在程序中，类complex定义了4个成员函数作为运算符重载函数。将运算符重载函数说明为类的成员函数格式如下：

　　＜类名＞ operator ＜运算符＞(＜参数表＞)

　　其中，operator是定义运算符重载函数的要害字。

　　程序中出现的表达式：

　　c1+c2

　　编译程序将给解释为：

　　c1.operator+(c2)

　　其中，c1和c2是complex类的对象。operator+()是运算+的重载函数。

　　该运算符重载函数仅有一个参数c2。可见，当重载为成员函数时，双目运算符仅有一个参数。对单目运算符，重载为成员函数时，不能再显式说明参数。重载为成员函数时，总时隐含了一个参数，该参数是this指针。this指针是指向调用该成员函数对象的指针。

　　2. 重载为友元函数

　　运算符重载函数还可以为友元函数。当重载友元函数时，将没有隐含的参数this指针。这样，对双目运算符，友元函数有2个参数，对单目运算符，友元函数有一个参数。但是，有些运行符不能重载为友元函数，它们是：=,(),[]和-＞。

　　重载为友元函数的运算符重载函数的定义格式如下：

　　friend ＜类型说明符＞ operator ＜运算符＞(＜参数表＞)
　　{……}

　　下面用友元函数代码成员函数，重载编写上述的例子，程序如下：

#include ＜iostream.h＞

class complex
{
public:
complex() { real=imag=0; }
complex(double r, double i)
{
real = r, imag = i;
}
friend complex operator +(const complex &c1, const complex &c2);
friend complex operator -(const complex &c1, const complex &c2);
friend complex operator *(const complex &c1, const complex &c2);
friend complex operator /(const complex &c1, const complex &c2);
friend
void print(const complex &c);
private:
double real, imag;
};

complex operator +(const complex &c1, const complex &c2)
{
return complex(c1.real + c2.real, c1.imag + c2.imag);
}

complex operator -(const complex &c1, const complex &c2)
{
return complex(c1.real - c2.real, c1.imag - c2.imag);
}

complex operator *(const complex &c1, const complex &c2)
{
return complex(c1.real * c2.real - c1.imag * c2.imag, c1.real * c2.imag + c1.imag * c2.real);
}

complex operator /(const complex &c1, const complex &c2)
{
return complex((c1.real * c2.real + c1.imag + c2.imag) / (c2.real * c2.real + c2.imag * c2.imag),
(c1.imag * c2.real - c1.real * c2.imag) / (c2.real * c2.real + c2.imag * c2.imag));
}

void print(const complex &c)
{
if(c.imag＜0)
cout＜＜c.real＜＜c.imag＜＜'i';
else
cout＜＜c.real＜＜'+'＜＜c.imag＜＜'i';
}

void main()
{
complex c1(2.0, 3.0), c2(4.0, -2.0), c3;
c3 = c1 + c2;
cout＜＜"/nc1+c2=";
print(c3);
c3 = c1 - c2;
cout＜＜"/nc1-c2=";
print(c3);
c3 = c1 * c2;
cout＜＜"/nc1*c2=";
print(c3);
c3 = c1 / c2;
cout＜＜"/nc1/c2=";
print(c3);
c3 = (c1+c2) * (c1-c2) * c2/c1;
cout＜＜"/n(c1+c2)*(c1-c2)*c2/c1=";
print(c3);
cout＜＜endl;
}
　　该程序的运行结果与上例相同。前面已讲过，对又目运算符，重载为成员函数时，仅一个参数，另一个被隐含；重载为友元函数时，有两个参数，没有隐含参数。因此，程序中出现的 c1+c2

　　编译程序解释为：

　　operator+(c1, c2)

　　调用如下函数，进行求值，

　　complex operator +(const coplex &c1, const complex &c2)
3. 两种重载形式的比较

　　一般说来，单目运算符最好被重载为成员；对双目运算符最好被重载为友元函数，双目运算符重载为友元函数比重载为成员函数更方便此，但是，有的双目运算符还是重载为成员函数为好，例如，赋值运算符。因为，它假如被重载为友元函数，将会出现与赋值语义不一致的地方。其他运算符的重载举例

　　1).下标运算符重载

　　由于C语言的数组中并没有保存其大小，因此，不能对数组元素进行存取范围的检查，无法保证给数组动态赋值不会越界。利用C++的类可以定义一种更安全、功能强的数组类型。为此，为该类定义重载运算符[]。

　　下面先看看一个例子：

#include ＜iostream.h＞

class CharArray
{
public:
CharArray(int l)
{
Length = l;
Buff = new char[Length];
}
~CharArray() { delete Buff; }
int GetLength() { return Length; }
char & operator [](int i);
private:
int Length;
char * Buff;
};

char & CharArray::operator [](int i)
{
static char ch = 0;
if(i＜Length&&i＞=0)
return Buff[i];
else
{
cout＜＜"/nIndex out of range.";
return ch;
}
}

void main()
{
int cnt;
CharArray string1(6);
char * string2 = "string";
for(cnt=0; cnt＜8; cnt++)
string1[cnt] = string2[cnt];
cout＜＜"/n";
for(cnt=0; cnt＜8; cnt++)
cout＜＜string1[cnt];
cout＜＜"/n";
cout＜＜string1.GetLength()＜＜endl;
}
　　该数组类的优点如下：

　　(1) 其大小不心是一个常量。
　　(2) 运行时动态指定大小可以不用运算符new和delete。
　　(3) 当使用该类数组作函数参数时，不心分别传递数组变量本身及其大小，因为该对象中已经保存大小。

　　在重载下标运算符函数时应该注重：

　　(1) 该函数只能带一个参数，不可带多个参数。
　　(2) 不得重载为友元函数，必须是非static类的成员函数。 2). 重载增1减1运算符

　　增1减1运算符是单目运算符。它们又有前缀和后缀运算两种。为了区分这两种运算，将后缀运算视为又目运算符。表达式

　　obj++或obj--

　　被看作为：

　　obj++0或obj--0

　　下面举一例子说明重载增1减1运算符的应用。

#include ＜iostream.h＞

class counter
{
public:
counter() { v=0; }
counter operator ++();
counter operator ++(int );
void print() { cout＜＜v＜＜endl; }
private:
unsigned v;
};

counter counter::operator ++()
{
v++;
return *this;
}

counter counter::operator ++(int)
{
counter t;
t.v = v++;
return t;
}