C++进一步认识类与对象

Posted 2021-11-04 蓝乐

上一篇文章我们已经了解了类的默认成员函数中的三个，包括构造函数，析构函数以及拷贝构造函数，那么本篇文章将介绍剩余的三个默认成员函数，即赋值操作符重载函数，取地址操作符重载函数及const取地址操作符重载函数。

类与对象（中）

• 赋值操作符重载函数
• • 1.运算符重载
  • 2.赋值运算符重载
  • 3.默认的赋值操作符重载函数
  • 4.赋值重载函数与拷贝构造函数的对比
• 日期类的实现
• const成员
• • 1.const修饰类的成员函数
  • 2.小结
• 取地址及const取地址操作符重载函数

赋值操作符重载函数

1.运算符重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
其函数名为: operator + 需要重载的运算符符号(参数列表)。
需要注意的是：
（1）不能通过连接其他符号来创建新的操作符，比如operator$.也就是说，operator只能重载已有的操作符，其他的符号不能通过该函数来创造。
（2）重载操作符必须有一个类类型或枚举类型的操作数。
（3）用于内置类型的操作符，其含义不能改变。比如，内置整型的==，不能改变其类型。
（4）运算符重载函数的参数个数为操作符的操作数个数，比如对于==操作符，其操作数由两个，那么重载该操作符的函数参数应为2个，即operator==(int x,int y);
（5）对于作为类成员的操作符重载函数，其参数看起来要比操作符的操作数个数少一个，这是因为函数隐含了一个形参this，并且this指针被限定为第一个形参。
（6）语法规定，有五个操作符不能被重载，即.*（成员中指针解引用）、：：（作用域限定符）、？：（三目操作符）、.（成员（对象）选择）、sizeof（长度运算符）。这里需要注意的是.（解引用操作符）可以被重载，不能被重载的操作符为s1.*ptr中的.*操作符，即访问类中指针成员并解引用。
用我们熟悉的日期类来举例，比如我们要实现==这个操作符的重载函数：

//头文件Date.h中
class Date
{
public:
	//获取某年某月的天数
	int GetDay(int year, int month)
	{
		assert(month > 0 && month < 13);
		int Day[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
		if (month == 2 && year % 4 == 0 && year % 100 != 0 || year % 400 == 0)//闰年二月
		{
			return 29;
		}
		return Day[month];
	}
	//全缺省的构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
		//判断初始化的日期是否合理
		if (_month >= 13 || _day > GetDay(_year, _month) || _month <= 0 || _day <= 0
			|| _year < 0)
		{
			cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << "->";
			cout << "非法日期" << endl;
		}
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}
	//拷贝构造函数，d1(d2)
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	//==运算符重载
	bool operator==(const Date& d) const;
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//源文件Date.cpp中
//需要注意，左操作数为this指针指向的调用函数的对象，
//即函数等价于bool operator==(Date* this, const Date d);
bool Date::operator==(const Date& d) const
{
	return this->_year == d._year
		&& this->_month == d._month
		&& this->_day == d._day;
}

由于==操作符的结果为真或假，因此函数的返回值设为bool类型。

2.赋值运算符重载

我们知道赋值运算符为=，那么重载赋值运算符的函数应为：

//Date.cpp中
Date& Date::operator=(const Date& d)
{
	if (this != &d)//排除两个操作数相同的情况
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	return *this;
}

需要注意的是：
（1）首先，为了减少形参拷贝导致的开销，我们用引用作为形参类型；其次，由于函数并不会修改原操作数，因此加上const可以保证代码的安全性。
（2）这里的*this即this所指向的对象出了这个赋值重载函数并不会销毁，因此可以用引用返回，返回类型为类名加引用。
（3）如果操作数为两个相同的对象，回导致赋值操作多余，因此需要检查是否出现自己给自己赋值的情况。

3.默认的赋值操作符重载函数

一个类如果没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个，完成对象按字节序的浅拷贝（值拷贝）。
以上面的Date类为例,在我们不实现赋值操作符重载函数的情况下：

int main()
{
    Date d1(2021,10,15);
    Date d2;
    //这里d2回调用编译器自己生成的operator=函数完成拷贝
    //即d2.operator=(d1)；
    d2 = d1;
    return 0;
}

和拷贝构造函数一样，编译器生成的默认赋值重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了，对于Date类这样的我们无需自己定义，但是对于Stack这样会向内存申请空间的类，不能直接调用编译器的默认函数，会对已经释放的空间重复释放。

4.赋值重载函数与拷贝构造函数的对比

赋值重载函数与拷贝构造函数的作用都是实现字节序的拷贝，那么二者之间有什么区别呢？
首先，拷贝构造函数是构造函数的一个函数重载形式，其函数名为类名，无返回值，而赋值重载函数为=这个操作符的重载，其函数名为operator=，返回值为类名，需要注意的是函数重载与操作符重载二者之间没有任何关联。
其次，一个对象在初始化时调用的时拷贝构造函数，而对象初始化完成后再调用即为赋值重载函数，比如：

int main()
{
    Date d1(2021,10,15);
    //调用拷贝构造函数，相对于Date d2(d1);
    Date d2 = d1;
    Date d3(2021,10,15);
    Date d4;
    //调用赋值重载函数，即d4.operator=(d3);
    d4 = d3;
    return 0;
}

最后，由于=可以连续使用，因此赋值重载函数可以连续调用，比如：

int main()
{
    Date d1(2021,10,15);
    Date d2;
    Date d3;
    //连续调用，相当于，d3 = (d2 = d1); 而d2 = d1有一个返回值
    //该返回值再作为操作数赋值给d3
    //也就相当于d3.operator(d2.operator(d1));
    d3 = d2 = d1;
    return 0;
}

日期类的实现

学习完操作符重载，我们可以实现操作符==、+=、-=、>、<等等。

	//赋值运算符重载,d2=d3 -> d2.operater=(d3)
	Date& operator=(const Date& d);//由于在类域中this所指向的对象并不会销毁，因此可以用引用返回
	//日期+=天数
	Date& operator+=(int day);
	//日期+天数
	Date operator+(int day) const;
	//日期-=天数
	Date& operator-=(int day);
	//日期-天数
	Date operator-(int day) const;
	//前置++
	Date& operator++();
	//后置++
	Date operator++(int);
	//前置--
	Date& operator--();
	//后置--
	Date operator--(int);
	//==运算符重载
	bool operator==(const Date& d) const;
	//!=运算符重载
	inline bool operator!=(const Date& d) const；
	//>运算符重载
	bool operator>(const Date& d);
	//<运算符重载
	inline bool operator<(const Date& d);
	//>=运算符重载
	inline bool operator>=(const Date& d);
	//<=运算符重载
	inline bool operator<=(const Date& d);
	//日期 - 日期，返回天数
	int operator-(const Date& d) const;

具体代码如下：
日期类实现

const成员

我们先来看看下面这个代码：

	//>运算符重载
	bool operator>(const Date& d);
	
	void Test6()
{
	const Date d1(2021, 10, 16);
	Date d2 = d1 + 100;
	cout << (d1 > d2) << endl;
}

实际运行过程中会发现d1 > d2这句代码编译不过去，这是因为隐含的this指针默认的类型为不加const修饰的指针类型，而d1的类型为const修饰的变量，因此传参给this后放大了修改的权限，导致出现错误。但是this指针的类型我们是无法修改的，那么要怎么解决这种情况呢？这就需要用到我们接下来要介绍的const修饰类的成员函数了。

1.const修饰类的成员函数

将const修饰的类成员函数称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
比如说上述代码我们可以修改为：

	//>运算符重载，其相当于bool operator>(const Date* this, const Date& d);
	bool operator>(const Date& d) const;

2.小结

1. 成员函数加const，变成const成员函数，这样既可以让const对象调用，也可以让非const对象调用。
2. 不是所有的成员函数都要加const，因为有的函数需要用this指针修改成员变量。
3. 一个成员函数是否要加const应看其功能，若为修改型，比如operator+=();Push();等不需要加const；而对于只读型，Print();operator+();等就最好加上const。
   综上，如果要修改成员就不加const，若不修改则最好加上const。

取地址及const取地址操作符重载函数

类的最后两个默认成员函数为操作符&的重载及其加上const修饰的函数。

class Date
{ 
public :
 Date* operator&()
 {
 return this ;
 }
 
 const Date* operator&()const
 {
 return this ;
 }
private :
 int _year ; // 年
 int _month ; // 月
 int _day ; // 日
};

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！但在实际过程中应用不多。