C++深度剖析学习总结 23 操作符重载

Posted 2021-06-14 是CodeAllen

所谓重载，就是赋予新的含义。函数重载（Function Overloading）可以让一个函数名有多种功能，在不同情况下进行不同的操作。运算符重载（Operator Overloading）也是一个道理，同一个运算符可以有不同的功能。

实际上，我们已经在不知不觉中使用了运算符重载。例如，+号可以对不同类型（int、float 等）的数据进行加法操作；<<既是位移运算符，又可以配合 cout 向控制台输出数据。C++ 本身已经对这些运算符进行了重载。

C++ 也允许程序员自己重载运算符，这给我们带来了很大的便利。

 

下面的代码定义了一个复数类，通过运算符重载，可以用+号实现复数的加法运算：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
    complex();
    complex(double real, double imag);
public:
    //声明运算符重载
    complex operator+(const complex &A) const;
    void display() const;
private:
    double m_real;  //实部
    double m_imag;  //虚部
};

complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }

//实现运算符重载
complex complex::operator+(const complex &A) const{
    complex B;
    B.m_real = this->m_real + A.m_real;
    B.m_imag = this->m_imag + A.m_imag;
    return B;
}

void complex::display() const{
    cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}

int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();
 
    return 0;
}

运行结果：
6.7 + 9.5i

本例中义了一个复数类 complex，m_real 表示实部，m_imag 表示虚部，第 10 行声明了运算符重载，第 21 行进行了实现（定义）。认真观察这两行代码，可以发现运算符重载的形式与函数非常类似。

运算符重载其实就是定义一个函数，在函数体内实现想要的功能，当用到该运算符时，编译器会自动调用这个函数。也就是说，运算符重载是通过函数实现的，它本质上是函数重载。

运算符重载函数除了函数名有特定的格式，其它地方和普通函数并没有区别。

 

上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式：

complex complex::operator+(const complex &A)const{

return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);

return 语句中的

complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)

会创建一个临时对象，这个对象没有名称，是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数，return 语句将该临时对象作为函数返回值。

在全局范围内重载运算符

运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数，还可以作为全局函数。更改上面的代码，在全局范围内重载+，实现复数的加法运算：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
    complex();
    complex(double real, double imag);
public:
    void display() const;
    //声明为友元函数
    friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
private:
    double m_real;
    double m_imag;
};

complex operator+(const complex &A, const complex &B);

complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
void complex::display() const{
    cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}

//在全局范围内重载+
complex operator+(const complex &A, const complex &B){
    complex C;
    C.m_real = A.m_real + B.m_real;
    C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
    return C;
}

int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();
 
    return 0;
}

 

1.需要解决的问题

下面的复数解决方案是否可行？

复数的加法操作

#include <stdio.h>
class Complex
{
    int a;//hide variable
    int b;
public:
    Complex(int a = 0, int b = 0)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
   
    int getA()
    {
        return a;
    }
   
    int getB()
    {
        return b;
    }
   
    friend Complex Add(const Complex& p1, const Complex& p2);
};
Complex Add(const Complex& p1, const Complex& p2)
{
    Complex ret;
   
    ret.a = p1.a + p2.a;
    ret.b = p1.b + p2.b;
   
    return ret;
}
int main()
{
    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = Add(c1, c2); // c1 + c2
   
    printf("c3.a = %d, c3.b = %d\\n", c3.getA(), c3.getB());
   
    return 0;
}

 

2.思考

Add函数可以解决Complex对象相加的问题，但是Complex是现实世界中确实存在的复数，并且复数在数学中的地位和普通的实数相同。

为什么不让+操作符也支持复数相加呢？

 

3.操作符重载

C++中的重载能够扩展操作符的功能

操作符的重载以函数的方式进行

 

本质：

用特殊形式的函数扩展操作符的功能

通过operator关键字可以定义特殊的函数

operator的本质是通过函数重载操作符

 

语法：

Sign为系统中预定义的操作符，如：+，-，*，/，等

 

操作符重载初探--全局函数版本的实现

#include <stdio.h>
class Complex
{
    int a;
    int b;
public:
    Complex(int a = 0, int b = 0)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
   
    int getA()
    {
        return a;
    }
   
    int getB()
    {
        return b;
    }
   
    friend Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2);//友元函数
};//类定义之后又；

Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2)
{
    Complex ret;
   
    ret.a = p1.a + p2.a;
    ret.b = p1.b + p2.b;
   
    return ret;
}

int main()
{
    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = c1 + c2; // operator + (c1, c2)
   
    printf("c3.a = %d, c3.b = %d\\n", c3.getA(), c3.getB());
   
    return 0;
}

 

可以将操作符重载函数定义为类的成员函数

• - 比全局操作符重载函数少一个参数（左操作数）this充当左操作数

• - 不需要依赖友元就可以完成操作符重载

• - 编译器优先在成员函数中寻找操作符重载函数

成员函数重载操作符--成员函数调用

#include <stdio.h>
class Complex
{
    int a;
    int b;
public:
    Complex(int a = 0, int b = 0)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
   
    int getA()
    {
        return a;
    }
   
    int getB()
    {
        return b;
    }
   
    Complex operator + (const Complex& p)    //成员函数版本---优先调用
    {
        Complex ret;
        printf("Complex operator + (const Complex& p)\\n");
        ret.a = this->a + p.a;
        ret.b = this->b + p.b;
       
        return ret;
    }
   
    friend Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2);
};

Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2)     //全局函数版本
{
    Complex ret;
    printf("Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2)\\n");
    ret.a = p1.a + p2.a;
    ret.b = p1.b + p2.b;
   
    return ret;
}

int main()
{
    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = c1 + c2; // c1.operator + (c2) ，通过成员函数实现
   
    printf("c3.a = %d, c3.b = %d\\n", c3.getA(), c3.getB());
   
    return 0;
}

 

 

小结

操作符重载是C++的强大特性之一

操作符重载的本质是通过函数扩展操作符的功能

operator关键字是实现操作符重载的关键

操作符重载遵循相同的函数重载规则

全局函数和成员函数都可以实现对操作符的重载