4运算符重载解读

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,C+程序设计,西南林业大学计科系,邢丽伟,4.运算符重载,4.1 什么是运算符重载,4.2 运算符重载的方法,4.3 重载运算符的规章,4.4 运算符重载函数作为类成员函数和友元函数,4.5 重载双目运算符,4.6 重载单目运算符,4.运算符重载,4.1 什么是运算符重载,所谓重载，就是重新赐予新的含义。函数重载就是对一个已有的函数赐予新的含义，使之实现新功能。同样，运算符也可以重载。,现在要争论的问题是：用户能否依据自己的需要对C+已供给的运算符进展重载，赐予它们新的含义，使之一名多用。,譬如，能否用“+”号进展两个复数的相加。在C+中不能在程序中直接用运算符“+”对复数进展相加运算。用户必需自己设法实现复数相加。例如用户可以通过定义一个特地的函数来实现复数相加。见例4.1。,结果是正确的，但调用方式不直观、不便利。能否也和整数的加法运算一样，直接用加号“+”来实现复数运算呢？如c3=c1+c2;这就需要对运算符“+”进展重载。,4.运算符重载,4.2 运算符重载的方法,运算符重载的方法是定义一个重载运算符的函数，在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。也就是说，运算符重载是通过定义函数实现的。运算符重载实质上是函数的重载。,重载运算符的函数一般格式如下：,函数类型 operator 运算符名称(形参列表),对运算符的重载处理,例如，想将“+”用于Complex类(复数)的加法运算，函数的原型可以是这样的：,Complex operator+(Complex,4.运算符重载,例4.2,4.运算符重载,比较例4.1和例4.2，只有两处不同：,(1)在例4.2中以operator+函数取代了例4.1中的complex_add函数，而且只是函数名不同，函数体和函数返回值的类型都是一样的。,(2)在main函数中，以“c3=c1+c2;”取代了例4.1中的“c3=c1 plex_add(c2);”。在将运算符+重载为类的成员函数后，C+编译系统将程序中的表达式c1+c2解释为,c1.operator+(c2)/其中c1和c2是Complex类的对象,即以c2为实参调用c1的运算符重载函数operator+(Complex&c2)，进展求值，得到两个复数之和。,4.运算符重载,虽然重载运算符所实现的功能完全可以用函数实现，但是使用运算符重载能使用户程序易于编写、阅读和维护。在实际工作中，类的声明和类的使用往往是分别的。假设在声明Complex类时，对运算符+,-,*,/都进展了重载，那么使用这个类的用户在编程时可以完全不考虑函数是怎么实现的，放心大胆地直接使用+,-,*,/进展复数的运算即可，特别便利。,对上面的运算符重载函数operator+还可以改写得更简练一些：,Complex Complexoperator+(Complex&c2),return Complex(real+c2.real,imag+c2.imag);,需要说明的是：运算符被重载后，其原有的功能仍旧保存，没有丧失或转变。,通过运算符重载，扩大了C+已有运算符的作用范围，使之能用于类对象。,运算符重载对C+有重要的意义，把运算符重载和类结合起来，可以在C+程序中定义出很有有用意义而使用便利的新的数据类型。运算符重载使C+具有更强大的功能、更好的可扩大性和适应性，这是C+最吸引人的特点之一。,4.运算符重载,4.3 重载运算符的规章,C+不允许用户自己定义新的运算符，只能对已有的C+运算符进展重载。,C+允许重载的运算符,C+中绝大局部的运算符允许重载。不能重载的运算符只有5个：,.(成员访问运算符),.*(成员指针访问运算符),(域运算符),sizeof (长度运算符),?:(条件运算符),前两个运算符不能重载是为了保证访问成员的功能不能被转变，域运算符和sizeof运算符的运算对象是类型而不是变量或一般表达式，不具重载的特征。,4.运算符重载,重载不能转变运算符运算对象(即操作数)的个数。,重载不能转变运算符的优先级别。,重载不能转变运算符的结合性。,重载的运算符必需和用户定义的自定义类型的对象一起使用，其参数至少应有一个是类对象(或类对象的引用)。也就是说，参数不能全部是C+的标准类型，以防止用户修改用于标准类型数据的运算符的性质。,用于类对象的运算符一般必需重载，但有两个例外，运算符“=”和“&”不必用户重载。,赋值运算符(=)可以用于每一个类对象，可以利用它在同类对象之间相互赋值。,地址运算符&也不必重载，它能返回类对象在内存中的起始地址。,应当使重载运算符的功能类似于该运算符作用于标准类型数据时所实现的功能。,运算符重载函数可以是类的成员函数，也可以是类的友元函数，还可以是一般函数。,4.运算符重载,4.4 运算符重载函数作为类成员函数和友元函数,在例4.2程序中对运算符“+”进展了重载，使之能用于两个复数的相加。在该例中运算符重载函数operator+作为Complex类中的成员函数。,“+”是双目运算符，为什么在例4.2程序中的重载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Complex类中的成员函数，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。,this-real+c2.real，this-real就是c1.real。,在将运算符函数重载为成员函数后，假设消失含该运算符的表达式，如c1+c2,编译系统把它解释为,c1.operator+(c2),即通过对象c1调用运算符重载函数，并以表达式中其次个参数(运算符右侧的类对象c2)作为函数实参。运算符重载函数的返回值是Complex类型，返回值是复数c1和c2之和(Complex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag)。,4.运算符重载,运算符重载函数除了可以作为类的成员函数外，还可以是非成员函数。可以将例4.2改写为例4.3。,例4.3 将运算符“+”重载为适用于复数加法，重载函数不作为成员函数，而放在类外，作为Complex类的友元函数。,4.运算符重载,与例4.2相比较，只作了一处改动，将运算符函数不作为成员函数，而把它放在类外，在Complex类中声明它为友元函数。同时将运算符函数改为有两个参数。在将运算符“+”重载为非成员函数后，C+编译系统将程序中的表达式c1+c2解释为,operator+(c1,c2),即执行c1+c2相当于调用以下函数：,Complex operator+(Complex&c1,Complex&c2),return Complex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);,为什么把运算符函数作为友元函数呢？由于运算符函数要访问Complex类对象中的成员。假设运算符函数不是Complex类的友元函数，而是一个一般的函数，它是没有权利访问Complex类的私有成员的。,4.运算符重载,运算符重载函数可以是类的成员函数，也可以是类的友元函数，还可以是既非类的成员函数也不是友元函数的一般函数。现在分别争论这3种状况。,首先，只有在极少的状况下才使用既不是类的成员函数也不是友元函数的一般函数，缘由是一般函数不能直接访问类的私有成员。,在剩下的两种方式中，什么时候应当用成员函数方式，什么时候应当用友元函数方式？二者有何区分呢？,假设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数据成员，因此可以少写一个函数的参数。但必需要求运算表达式第一个参数(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一样。由于必需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，运算结果才有意义。,4.运算符重载,如想将一个复数和一个整数相加，如c1+i，可以将运算符重载函数作为成员函数，如下面的形式：,Complex Complexoperator+(int&i),return Complex(real+i,imag);,留意在表达式中重载的运算符“+”左侧应为Complex类的对象，如 c3=c2+i;不能写成 c3=i+c2;,假设出于某种考虑，要求在使用重载运算符时运算符左侧的操作数是整型量如表达式i+c2，运算符左侧的操作数i是整数则运算符重载函数不能作为成员函数，只能作为非成员函数。,4.运算符重载,可以在Complex类中声明：,friend Complex operator+(int,在类外定义友元函数：,Complex operator+(int&i,Complex&c),/运算符重载函数不是成员函数,return Complex(i+c.real,c.imag);,此时，c3=i+c2;正确，类型匹配,假设希望c3=c2+i;也合法，则应再重载一次运算符“+”。如,Complex operator+(Complex&c,int&i),/此时第一个参数为类对象,return Complex(i+c.real,c.imag);,由于友元的使用会破坏类的封装，因此从原则上说，要尽量将运算符函数作为成员函数。但考虑到各方面的因素，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。,4.运算符重载,4.5 重载双目运算符,双目运算符(或称二元运算符)是C+中最常用的运算符。双目运算符有两个操作数，通常在运算符的左右两侧，如3+5,a=b,i10等。,例4.4 定义一个字符串类String，用来存放不定长的字符串，重载运算符“=”,“”，用于两个字符串的等于、小于和大于的比较运算。,4.运算符重载,4.运算符重载,4.运算符重载,4.运算符重载,4.6 重载单目运算符,单目运算符只有一个操作数，如!a，-b，&c，*p，还有最常用的+i和-i等。重载单目运算符的方法与重载双目运算符的方法是类似的。由于单目运算符只有一个操作数，因此运算符重载函数只有一个参数，假设运算符重载函数作为成员函数，则还可省略此参数。,例4.5 有一个Time类，包含数据成员minute(分)和sec(秒)，模拟秒表，每次走一秒，满60秒进一分钟，此时秒又从0开头算。要求输出分和秒的值。,4.运算符重载,4.运算符重载,可以看到：在程序中对运算符“+”进展了重载，使它能用于Time类对象。“+”和“-”运算符有两种使用方式，前置自增运算符和后置自增运算符，它们的作用是不一样的，在重载时怎样区分这二者呢？,针对“+”和“-”这一特点，C+商定：在自增(自减)运算符重载函数中，增加一个int型形参，就是后置自增(自减)运算符函数。,例4.6 在例4.5程序的根底上增加对后置自增运算符的重载。,4.运算符重载,4.运算符重载,重载后置自增运算符时，多了一个int型的参数，增加这个参数只是为了与前置自增运算符重载函数有所区分，此外没有任何作用。编译系统在遇到重载后置自增运算符时，会自动调用此函数。,练习：,定义一个描述平面中点的类Point，成员变量包括点的坐标xPoint，yPoint，并且都为私有变量，利用类的构造函数为对象设初值point10,0，point23.0,4.0，在主函数中定义两点并利用友元函数计算两点间的距离。,使用数学函数sqrt需包含库函数#include,