运算符重载函数

Posted 2023-04-25

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了运算符重载函数相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

运算符重载函数可能是类的成员函数，也可以是类的友元函数，还可以是普通函数。
这句话怎么理解？

＆意思是取地址，在一个函数中如果你取了传入参数的地址就代表你可以通过函数来改变原来的变量，比如swap函数就可以写成
int swap(int &x, int &y)
int t = x; x = y, y = t;
如果去掉了取地址之后我们发现swap即使运行了两个变量也不会改变；
而当你的参数中包含了＆，那么程序会认为你将改变其中的内容，如果传入的是常量（比如const型或者直接是数字或者字符），系统就会认为你想改变一个常量的值，于是乎就会报错了。只要去掉就可以了
如果是出于速度和内存方面的考虑需要使用＆，同时又不想改变其中的内容，就在前面加上const就好了，比如你这个就可以写成Complex operator + (const Complex &c1,const Complex &c2)
望采纳
以上回答你满意么？参考技术A

例如有一个类A，他有一个成员变量int data

现在有

A x,y;

希望进行x+y的操作（具体操作是将data 的值相加），那么就有下列三种重载运算符的写法：

一、普通函数

class A
public:
    A(int Data):data(Data)//构造函数
    int data;
;
A operator+(const A& a1,const A& a2)

    return A(a1.data+a2.data);

二、友元函数

class A
public:
    A(int Data):data(Data)//构造函数
private: int data;//注意这个成员变成了私有
    friend A operator+(const A& a1,const A& a2);
;
A operator+(const A& a1,const A& a2)

    return A(a1.data+a2.data);

三、A的成员函数（最常用）

class A
public:
    A(int Data):data(Data)//构造函数
private: int data;
public:
    A operator+(const A& a2) const

        return A(this->data+a2.data);

;

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C++ 运算符重载

概述

运算符重载 (Operator Overloading)
在这里插入图片描述

函数重载

重载: 将同一名字重新赋予新的含义.
函数重载: 对一个函数赋予新的含义, 使之实现新功能. 例如:

int max(int x, int y);
double max(double a, double b, double c);

运算符也有重载: 赋予运算符新的含义, 使之一名多用. 例如

int main() {
    int i = 2, j = 3;
    int k = i + j;

    string s1 = "good ", s2 = "morning";
    string s3 = s1 + s2;

    cout << k << endl;
    cout << s3 << endl;

    return 0;
}

输出结果:
5
good morning

运算符重载

通过运算符重载, 扩大了 C++ 已有运算符的作用, 使运算符能用于类对象. 使用运算符重载, 能使程序易于编写, 阅读和维护. 运算符被重载后, 其原有的功能仍然保留, 没有丧失过改变.

运算符重载实质上是函数的重载:

定义一个重载运算符的函数
需要执行被重载的运算符时, 系统就自动调用该函数, 以实现相应的运算

C++ 的运算符

算数运算符: +(加) -(减) *(乘) %(整除余数) ++(自加) – (自减)
关系运算符: >(大于) <(小于) ==(等于) >=(大于等于) <=(小于等于) !=(不等于)
逻辑运算符: &&(逻辑与) ||(逻辑或) !(逻辑非)
位运算符: <<(按位左移) >>(按位右移) &(按位与) |(按位或) ∧(按位异或) ~(按位取反)
赋值运算符: = 及其扩展赋值运算符
条件运算符: ?:
都好运算符: ,
指针运算符: *
引用运算符合地址运算符: &
求字节数运算符: sizeof
强制类型转换运算符: (类型) 或类型()
成员运算符: .
指向成员的运算符:->
下标运算符: []
其他: 如函数调用运算符 ()

重载运算符的规则

不允许创造新的运算符, 只能对已有 C++ 运算符进行重载.
C++ 允许重载运算符: 成员运算符(.), 成员指针访问运算符(.*), 域运算符(:😃, 求字节数运算符(sizeof), 条件运算符(?😃
重载不能改变运算符运算对象 (即操作数) 的个数
重载不能改变运算符的优先级别
重载不能改变运算符的结合性
重载运算符的函数不能有默认的参数
重载的运算符必须和用户定义的自定义类型的对象一起使用. 参数至少有一个是类对象或其引用

成员函数实现 Complex 加法

Complex 类:

#ifndef PROJECT2_COMPLEX_H
#define PROJECT2_COMPLEX_H

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

#endif //PROJECT2_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) : real(r), imag(i) {}

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

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

main:

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

    return 0;
}

输出结果:

c1 =(3, 4i)
c2 =(5, -10i)
c1 + c2 = (8, -6i)

运算符重载的方法

运算符重载格式:

函数类型 operator 运算符名称 (形参流标) {对运算符的重载处理}

Complex 类:

#ifndef PROJECT4_COMPLEX_H
#define PROJECT4_COMPLEX_H

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

#endif //PROJECT4_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) :real(r), imag(i) {}

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

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

main:

#include <iostream>
#include "Complex.h"

using namespace std;

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

    return 0;
}

输出结果:

c1 =(3, 4i)
c2 =(5, -10i)
c3= (8, -6i)

多种实现方法

成员函数实现:

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

简化:

Complex Complex::operator+(Complex &c2){
    return Complex(real +c2.real, imag + c2.image);
}

友元函数实现:

Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2){
    ......
}

实现 operator+=

Complex 类:

#ifndef PROJECT4_COMPLEX_H
#define PROJECT4_COMPLEX_H

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex();
    Complex(double, double);
    void display();
    Complex operator+=(const Complex &c);
};

#endif //PROJECT4_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) :real(r), imag(i) {}

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

Complex Complex::operator+=(const Complex &c) {
    real += c.real;  // this->real += c.real;
    imag += c.imag;  // this->imag += c.imag;
    return *this;
}

main:

#include <iostream>
#include "Complex.h"

using namespace std;

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

    return 0;
}

输出结果:

c1 =(3, 4i)
c2 =(5, -10i)
c1= (8, -6i)

三种运算符重载函数

运算符重载函数可以是类的成员函数:

它可以通过 this 指针自由地访问本类的数据成员. 少写一个函数的参数, 但有要求.

运算符重载函数可以是类的友元函数:

如果运算符左侧的操作属于 C++ 标准类型 (如 int) 或是一个其他类的对象, 则运算符重载函数不能选用成员函数. 为方便访问类的私有成员, 声明为友元函数为佳.

运算符重载函数还可以是普通函数:

只有极少的情况下才使用 (因普通函数一般不能直接访问类的私有成员)

成员函数实现

Complex 类:

#ifndef PROJECT4_COMPLEX_H
#define PROJECT4_COMPLEX_H

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex();
    Complex(double, double);
    void display();
    Complex operator+(double d);  // 成员函数实现
};

#endif //PROJECT4_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) :real(r), imag(i) {}

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

Complex Complex::operator+(double d) {
    return Complex(real + d, imag);
}

友元函数实现

Complex 类:

#ifndef PROJECT4_COMPLEX_H
#define PROJECT4_COMPLEX_H

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex();
    Complex(double, double);
    void display();
    friend Complex operator+(Complex &c, double d);  // 友元函数
};

#endif //PROJECT4_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) :real(r), imag(i) {}

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

Complex operator+(Complex &c, double d) {
    return Complex(c.real + d, c.imag);
}

输出结果

main:

#include <iostream>
#include "Complex.h"

using namespace std;

int main() {
    Complex c1(3, 4), c2(5, -10), c3, c4;
    cout << "c1 =";
    c1.display();
    cout << "c2 =";
    c2.display();

    c3 = c1 + 3.14;
    cout << "c3= ";
    c3.display();

    return 0;
}

输出结果:

c1 =(3, 4i)
c2 =(5, -10i)
c3= (6.14, 4i)

重载单元运算符

单元运算符 (unary operation), 即只有一个运算量. 如: !a, -b, &c, *p, ++i, i-- 等.

例子

重载单元运算符实现分数对象的相反数.

Fraction 类:

#ifndef PROJECT4_FRACTION_H
#define PROJECT4_FRACTION_H

#include <iostream>
using namespace std;

class Fraction {
private:
    int nume;  // 分子
    int deno;  // 分母
public:
    Fraction();
    Fraction(int, int);
    Fraction operator-(const Fraction &c);  // 分数相减
    Fraction operator-();  // 取反一目运算
    friend ostream& operator<<(ostream &output, const Fraction &f);
};

#endif //PROJECT4_FRACTION_H

Fraction.cpp:

#include "Fraction.h"

Fraction::Fraction() : nume(0), deno(0) {}

Fraction::Fraction(int n , int d) : nume(n), deno(d) {}

Fraction Fraction::operator-(const Fraction &c) {
    return Fraction(nume*c.deno - c.nume*deno, deno*c.deno);
}

Fraction Fraction::operator-() {
    return Fraction(-nume, deno);
}

ostream& operator<<(ostream &output, const Fraction &f) {
    double result = (double)f.nume / f.deno;
    output << result << endl;
    return output;
}

main:

#include <iostream>
#include "Fraction.h"
using namespace std;

int main() {
    Fraction f1(1,3), f2(1,5), f3, f4;

    f3 = f1 - f2;  // 分数相减
    f4 = -f1;  // 分数取反

    cout << f3;
    cout << f4;

    return 0;
}

输出结果:

0.133333
-0.333333

重载二元运算符

二元运算符 (binary operation).

有两个操作数, 通常在运算符的左右两侧 (例如: 3+2, 5>8, x*=3)
重载双目运算符时, 函数中应该有两个参数

例子

要求:

定义字符串类 String, 用来存放不定长的字符串
重载关系运算符, 用于两个字符串的比较运算

步骤:

定义类的 “框架”
完善运算符重载

String 类:

#ifndef PROJECT4_STRING_H
#define PROJECT4_STRING_H

#include <cstdlib>

class String {
private:
    char *p;
public:
    String(){p=nullptr;}
    String(char *str);
    void display();
};

#endif //PROJECT4_STRING_H

String.cpp:

#include <iostream>
#include <cstring>
#include "String.h"
using namespace std;

String::String(char *str) {
    p = new char[sizeof(str)];
    strcpy(p, str);
}

void String::display() {
    cout << p;
}

main:

#include <iostream>
#include "String.h"

using namespace std;

int main() {
    String s1("Hello");
    String s2("China");
    s1.display( );
    cout<<" ";
    s2.display( );
    cout<<endl;
    
    return 0;
}

输出结果:

Hello China

重载 I/O

通过重载输入流 (input stream) 和输出流 (output stream), 我们可以用来输出用户自己定义的数据.

格式:

ostream &operator<<(ostream&, const 自定义类&);
istream &operator>>(istream&,自定义类&);

在这里插入图片描述

插入运算符 <<

Complex 类:

#ifndef PROJECT4_COMPLEX_H
#define PROJECT4_COMPLEX_H

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex();
    Complex(double, double);
    void display();
    Complex operator+(Complex &c);
    friend ostream& operator<<(ostream &output, const Complex &c);
};

#endif //PROJECT4_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) :real(r), imag(i) {}

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

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

ostream &operator<<(ostream &output, const Complex &c) {
    output<<"("<<c.real<<" + "<<c.imag<<"i)";
    return output;
}

main:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

int main() {
    Complex c1(2, 4),c2(6, 10),c3;
    c3 = c1 + c2;
    cout << c1 << " + " << c2 << " = " << c3 << endl;

    return 0;
}

输出结果:

(2 + 4i) + (6 + 10i) = (8 + 14i)

提取运算符 >>

Complex 类:

#ifndef PROJECT4_COMPLEX_H
#define PROJECT4_COMPLEX_H

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex();
    Complex(double, double);
    void display();
    Complex operator+(Complex &c);
    friend ostream& operator<<(ostream &output, const Complex &c);
    friend istream& operator>>(istream &input, Complex &c);
};

#endif //PROJECT4_COMPLEX_H

Complex.cpp:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

Complex::Complex() : real(0), imag(0) {}

Complex::Complex(double r, double i) :real(r), imag(i) {}

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

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

ostream &operator<<(ostream &output, const Complex &c) {
    output<<"("<<c.real<<" + "<<c.imag<<"i)";
    return output;
}

istream &operator>>(istream &input, Complex &c) {
    cout << "input real part and imaginary part:\\n";
    input >> c.real >> c.imag;
    return input;
}

main:

#include <iostream>
#include "Complex.h"
using namespace std;

int main() {
    Complex c1, c2;
    cin >> c1 >> c2;
    cout << "c1=" << c1 << endl;
    cout << "c2=" << c2 << endl;
    
    return 0;
}

输出结果:

input real part and imaginary part:
2 4
input real part and imaginary part:
6 10
c1=(2 + 4i)
c2=(6 + 10i)

总结

运算符重载使类的设计更加丰富多彩, 扩大了类的功能和使用范围. 运算符重载使得程序易于理解, 易于对对象进行操作. 有了运算符重载, 在声明了类之后, 我们就可以像使用标准类型一样来使用自己声明的类.

类的声明往往是一劳永逸的. 有了好的类, 用户在程序中就不必定义许多成员函数去完成运算和 I/O 的功能, 使主函数更加简单易读. 好的运算符重载能细心啊面向对象程序设计思想.

以上是关于运算符重载函数的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

C++运算符重载中重载为类的成员函数和重载为类的友元函数的区别是啥？

C++运算符重载

C++运算符重载函数

C++ 运算符重载

从一个二级题来看成员函数重载运算符和友元函数重载运算符