C++运算符重载函数作为友元函数

Posted 2022-11-24 Linux编程学堂

运算符重载函数作为友元函数

在前面的程序例子中对运算符“+”进行了重载，使之能用于两个字符串的相加。在该例中运算符重载函数 operator +(); 作为 my_string类中的成员函数。

可能有的读者会提出这样的问题：“+”是双目运算符，为什么在程序中重载的函数中只有一个参数呢？实际上，运算符重载函数有两个参数，由于重载函数是my_string类中的成员函数，所以，有一个参数是隐含的，运算符函数是用this指针隐式地访问类对象的成员，可以看到，重载函数operator + (); 访问了两个对象中的成员，一个是this指针指向的对象中的成员，一个是形参对象中的成员。

把 operator + (); 定义为 my_string类的一个成员函数之后，就是将运算符+重载为“类的成员函数”，C++编译系统将程序表达式：

str1 + str2;

解释为：

str1.operator + (str2);

那么，编译器在编译到“str1 + str2;”语句的时候，发现str1是my_string类，然后，后面接着一个“+”运算符，所以，就去my_string类寻找，发现重载了 operator +(); 函数，而且，这个函数是作为my_string类的成员函数（注意：后面还介绍了，重载的运算符作为友元函数的时候，不是属于当前类的成员函数，需要两个参数），所以，就调用：

my_string& my_string::operator + (my_string &str)

strcat(buf, str.buf);

return *this;

那么，对于“str1 + str2;”操作，就是str1对象调用自己重载的operator + ( ); 成员函数来执行，其中，str2 作为参数，得到如下的调用结果：

str1.operator + (str2); 

那么，str1 对象就是重载的 operator + (); 函数中的 this 指针指向的当前对象。

运算符重载函数除了可以作为类的成员函数以外，还可以是非成员函数。可以将前面的例子修改。将运算符“+”重载为适用于字符串加法 ，重载函数不作为成员函数，而放在类外，作为my_string类的友元函数。程序测试例子如下：

程序运行结果如下：

g++ test.cpp -o exe

wkf@ubuntu:~/c++$ ./exe

str = www.mylinux.vip13926572996

wkf@ubuntu:~/c++$

将定义的重载运算符声明为友元函数，而不是类的成员函数，那么，友元函数可以访问类的private类型成员。

所以，在my_string类中声明重载运算符函数声明为友元函数。同时将运算符函数改为有两个参数，也可以实现重载运算符函数的定义。在将运算符“+”重载为非my_string成员函数后，C++编译系统将程序中的表示 str1 + str2; 解释为：

operator + (str1, str2);

即执行 str1 + str2 相当于调用以下函数：

my_string& operator + (my_string &str1, my_string &str2)

my_string s;

strcpy(s.buf, str1.buf);

strcat(s.buf, str2.buf);

return s;

求出两字符串相加的操作。

有读者会提出这样的问题：为什么把运算符函数作为友元函数呢？理由很简单，因为运算符函数要访问my_string类对象中的成员，如果运算符函数不是my_string类的友元函数，而不是一个普通的函数，它是没有权利访问my_string类的私有成员的。

什么时候应该用成员函数方式，什么时候应该用友元函数方式呢？二者有何区别呢？如果将运算符重载函数作为成员函数，它可以通过 this 指针自由地访问本类的成员变量，因此，可以少写一个函数的参数，但是，必须要求运算表达式的第一个参数（即运算符左侧的操作数）是一个类对象，而且，与运算符函数的类型相同。因为，必须通过类的对象去调用该类的成员函数，而且，只有运算符重载函数返回值与该对象同类型结构才有意义。

把 operator + (); 定义为 my_string类的一个成员函数之后，就是将运算符+重载为“类的成员函数”，C++编译系统将程序表达式：

str1 + str2;

解释为：

str1.operator + (str2);

那么，编译器在编译到“str1 + str2;”语句的时候，发现str1是my_string类，然后，后面接着一个“+”运算符，所以，就去my_string类寻找，发现重载了 operator +(); 函数，而且，这个函数是作为my_string类的成员函数，就调用重载的operator+()成员函数。

函数需要访问类的私有成员，则必须把该函数声明为类的友元函数，例如，可以在my_string类中声明重载运算符的函数为该类的友元函数：

//重载运算符函数声明为友元

friend my_string& operator + (my_string &str1, my_string &str2);

在类外定义友元函数：

/*

定义的operator + (); 重载运算符函数，是一个普通的函数;

但是，为了能够操作my_string 类中的私有数据陈一个，就在my_string类中把它声明有友元函数。

*/

my_string& operator + (my_string &str1, my_string &str2)

my_string s;

strcpy(s.buf, str1.buf);

strcat(s.buf, str2.buf);

return s;

将双目运算符重载为友元函数时，在函数的形参列表中必须有两个参数，不能省略。形参的顺序任意，不要求第一个参数必须为类对象。

由于友元的使用破坏类的封装，因此，从原则上来说，要尽量地将运算符函数作为成员函数。但是，考虑到各个方面的因素，一般将单目运算符重载为成员函数，将双目运算符重载为友元函数。

说明：有的C++编译系统，如Visual C++6.0没有完全实现C++标准，它所提供不带后缀.h的头文件不支持把成员函数重载为友元函数。上面程序在GCC中能正常运行，而在Visual C++6.0 中会编译错误。但是，Visual C++所提供的老形式的带后缀.h的头文件可以支持此项功能，因此，可以将程序头两行修改如下，即可顺利运行：

#include <iostream.h>

以后遇到此类情况，亦可照此办理。

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