类模板 友元重载形式 各种运算符重载 new delete ++ = +=

Posted 2020-10-22 林兮

类模板中的友元函数形式以及各种运算符重载

 

今天的重载是基于C++ 类模板的，如果需要非类模板的重载的朋友可以把类模板拿掉，同样可以参考，谢谢。

 

一、类模板中的友元重载

本人喜好类声明与类成员实现分开写的代码风格，如若您喜欢将类成员函数的实现写在类声明中，那么可以跳过该部分。

请看下面这段代码：  

头文件：

#pragma once
template<typename T>
class  CLA
{
    T m_value;
public:
    CLA(const T&);
    friend CLA operator+(const CLA&, const CLA&); 
};
template<typename T>
CLA<T>::CLA(const T& a)
    :m_value(a)
{ }

template<typename T>
CLA<T> operator+(const CLA<T>& lhs, const CLA<T>& rhs)
{
    return CLA<T>(lhs.m_value + rhs.m_value);
}

源文件：（已包含上述的头文件）

int main()
{
    CLA<int> a{ 0 }, b{ 1 }, c{ 2 };
    a + b;
    return 0;
}

我们去执行上述代码的时候，编译器就会报错：一个无法解析的外部指令。

当然，将实现放入声明中是可以的，但是为了维护类的书写风格，我们还是希望有一种方法可以去维护这个风格。

那么我们可以将类中友元函数的声明写成如下形式：

friend CLA operator+<T>(const CLA&, const CLA&); 

 

原因很简单，类模板具有抽象性，而刚刚那个友元函数就是普通的函数，不具有模板的抽象性。

即使参数为CLA<T> ...  还是一样，它代表的只不过是一个参数的类型，函数本身依旧是一个普通的 函数。

而上述的形式更像一个函数模板，将函数的模板实参同步于类模板的参数，这样就可以作为类模板的友元了。

 

二、各种运算符重载

这部分我们将会说到 +  -  *  /  关系运算符  赋值  自增自减   以及new   delete 的重载。

 

 首先，几个简单的 + - * /  友元以及非友元重载形式 

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;

template<typename T>
class  CLA
{
    T m_value;
public:
    CLA():m_value(0){}
    CLA(const T&);
    CLA(const CLA&);
    //友元形式
    friend CLA operator+<T>(const CLA&, const CLA&);   //同类型
    friend CLA operator+<T>(const CLA&, const T);      //不同类型
    friend CLA operator-<T>(const CLA&, const CLA&);   //同类型
    friend CLA operator-<T>(const CLA&, const T);      //不同类型
    //非友元形式
    CLA operator*(const CLA&);               //同类型
    CLA operator*(const T);                  //不同类型
    CLA operator/(const CLA&);               //同类型
    CLA operator/(const T);                  //不同类型
};
template<typename T>
CLA<T>::CLA(const T& a)
    :m_value(a)
{ }
template<typename T>
CLA<T> operator+(const CLA<T>& lhs, const CLA<T>& rhs)
{
    return CLA<T>(lhs.m_value + rhs.m_value);
}
template<typename T>
CLA<T> operator+(const CLA<T>& lhs, const T  rhs)
{
    return CLA<T>(lhs.m_value + rhs);
}
template<typename T>
CLA<T>::CLA(const CLA<T>& rhs)
    : m_value(rhs.m_value)
{ }

template<typename T>
CLA<T> operator-(const CLA<T>& lhs, const CLA<T>& rhs)
{
    return CLA<T>(lhs.m_value - rhs.m_value);
}
template<typename T>
CLA<T> operator-(const CLA<T>& lhs, const T rhs)
{
    return CLA<T>(lhs.m_value - rhs);
}
template<typename T>
CLA<T> CLA<T>::operator*(const CLA<T>& rhs)
{
    return CLA<T>(m_value * rhs.m_value);
}
template<typename T>
CLA<T> CLA<T>::operator*(const T rhs)
{
    return CLA<T>(m_value * rhs);
}
template<typename T>
CLA<T> CLA<T>::operator/(const CLA<T>& rhs)
{
    if (rhs.m_value)
        return CLA<T>(m_value / rhs.m_value);
    else
        cout << "非法除法！" << endl;
    return CLA<T>();
}
template<typename T>
CLA<T> CLA<T>::operator/(const T rhs)
{
    if (rhs)
        return CLA<T>(lhs.m_value / rhs);
    else
        cout << "非法除法！" << endl;
    return CLA<T>();
}

 

 接下来重载输入输出流，而且必须为友元才行

friend istream& operator>> <T>(istream&, CLA&);
friend ostream& operator<< <T>(ostream&, const CLA&);

istream& operator>>(istream& is, CLA<T>& rhs)
{
    is >> rhs.m_value;
    return is;
}
template<typename T>
ostream& operator<<(ostream& os, const CLA<T>& rhs)
{
    os << rhs.m_value;
    return os;
}

输入流重载的第二个参数不能为const，因为在函数体中要对之进行修改

 

然后，我们用下面的代码来看一下测试结果：

int main()
{
    CLA<int> a{ 0 }, b{ 1 }, c{ 2 };
    CLA<char>  B{ \'b\' };
    b / a;                             //相同类型
    cout << b*c << endl;               //相同类型
    cout << B + (char)1 << endl;       //不同类型的
    cout << B - (char)1 << endl;       //不同类型的
    return 0;
}

 没有问题

 

接下类重载一些赋值运算符，=  +=  -=

CLA& operator=(const CLA&);
CLA& operator+=(const CLA&);
CLA& operator-=(const CLA&);

CLA<T>& CLA<T>::operator=(const CLA<T>& rhs)
{
    if (this != &rhs)
        m_value = rhs.m_value;
    return *this;
}
template<typename T>
CLA<T>& CLA<T>::operator+=(const CLA<T>& rhs)
{
    m_value += rhs.m_value;
    return *this;
}
template<typename T>
CLA<T>& CLA<T>::operator-=(const CLA<T>& rhs)
{
    m_value -= rhs.m_value;
    return *this;
}

赋值号要记得要有判同语句，运算完成后要将*this，也就是操作符的左操作数，返回。

这部分之后进行测试

 

++重载（--雷同）

CLA& operator++();          //前++
const CLA operator++(int);  //后++

CLA<T>& CLA<T>::operator++()
{
    ++m_value;
    return *this;
}
template<typename T>
const CLA<T> CLA<T>::operator++(int)              //语法规定，在后++函数的参数中加int以作区分
{
    CLA<T> item(m_value);
    ++m_value;
    return item;
}

根据前++和后++的语法规则，前++，将本身的值+1，然后再将其本身返回。如上述操作函数体语句所示。

而后++则是将原值返回，然后本身+1，所以，我们需要借助一个局部变量来保存原值，而且返回之后是不允许改变的，代表一个常量，所以返回值拥有const属性

 

关系运算符也挺简单的

friend bool operator!= <T>(const CLA&, const CLA&);//友元
bool operator!=(const CLA&);                       //成员函数
bool operator==(const CLA&);
bool operator<(const CLA&);
bool operator>=(const CLA&);

template<typename T>
bool operator!=(const CLA<T>& lhs, const CLA<T>& rhs)
{
    return lhs.m_value != rhs.m_value;
}
bool CLA<T>::operator!=(const CLA<T> & rhs)
{
    return this->m_value != rhs.m_value;
}
template<typename T>
bool CLA<T>::operator==(const CLA<T>& rhs)
{
    return m_value == rhs.m_value;
}
template<typename T>
bool CLA<T>::operator<(const CLA<T>& rhs)
{
    return m_value < rhs.m_value;
}
template<typename T>
bool CLA<T>::operator>=(const CLA<T>& rhs)
{
    return m_value > rhs.m_value;
}

 

 我们来测试一下

int main()
{
    
    CLA<int> a{ 0 }, b{ 1 }, c{ 2 };
    if (a != b)
        cout << "a!=b" << endl;
    a++;
    if (a == b)
        cout << "a==b" << endl;

    //c++++             //Invalid !!
    CLA<int> r = ++++a;
    cout << r << endl;
    cout << (r += 1) << endl;
    cout << (r < a) << endl;

        return 0;
}

忘了写连续赋值，不过，经测试也是可以的，没问题 。

 

那么，现在我们来重载  new  和delete 以及new [ ] 和 delete [ ]

void* operator new(size_t size); 
void* operator new[](size_t size);
void operator delete(void* p);
void operator delete[](void* p);

这里我们要用到的一个C语言库里面的类型—— size_t，它是unsigned int，sizeof运算符算出来的值就是它喽，在这里作为参数，它会自动计算大小，很方便

那，我们来看一下它的实现：

template<typename T>
void* CLA<T>::operator new(size_t size)
{
    cout << size << endl;
    cout << "调用了new" << endl;
    return malloc(size);
}
template<typename T>
void* CLA<T>::operator new[](size_t size)
{
    cout << size << endl;
    cout << "调用了new[]" << endl;
    return malloc(size);
}
template<typename T>
void CLA<T>::operator delete(void* p)
{
    free(p);
    cout << "调用了delete函数" << endl;
}
template<typename T>
void CLA<T>::operator delete[](void* p)
{
    free(p);
    cout << "调用了delete[]函数" << endl;
}

我们写一些对应的输出来帮助我们确定一些信息。

 

int main()
{
    CLA<int>* w = new CLA<int>(10);
    delete  w;
    CLA<int>* W = new CLA<int>[10];
    delete[] W;
    return 0;
}

 

第一个10为创建的对象的值，第二个为开辟的数组的大小

一个int为4个字节，开辟10个大小的内存，为40个字节，没有问题

 

类模板的运算符重载就到这里了

感谢您的阅读，祝您生活愉快！