(C++-面向对象程序设计-谭浩强)第10章--运算符重载

第10章运算符重载10.1什么是运算符重载10.2运算符重载的方法10.3重载运算符的规则10.4运算符重载函数作为类成员函数和友元函数10.5重载双目运算符10.6重载单目运算符10.7重载流插入运算符和流提取运算符10.8不同类型数据间的转换第10章运算符重载所谓重载,就是重新赋予新的含义｡函数重载就是对一个已有的函数赋予新的含义,使之实现新功能｡运算符也可以重载｡实际上,我们已经在不知不觉之中使用了运算符重载｡现在要讨论的问题是:用户能否根据自己的需要对C++已提供的运算符进行重载,赋予它们新的含义,使之一名多用｡譬如,能否用“+”号进行两个复数的相加｡在C++中不能在程序中直接用运算符“+”对复数进行相加运算｡用户必须自己设法实现复数相加｡例如用户可以通过定义一个专门的函数来实现复数相加｡见例10.1｡10.1什么是运算符重载第10章运算符重载例10.1通过函数来实现复数相加｡#includeiostreamusingnamespacestd;classComplex//定义Complex类{public:Complex(){real=0;imag=0;}//定义构造函数Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}//构造函数重载Complexcomplex_add(Complex&c2);//声明复数相加函数voiddisplay();//声明输出函数private:doublereal;//实部doubleimag;//虚部};ComplexComplex∷complex_add(Complex&c2){Complexc;c.real=real+c2.real;第10章运算符重载c.imag=imag+c2.imag;returnc;}voidComplex∷display()//定义输出函数{cout″(″real″,″imag″i)″endl;}intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;//定义3个复数对象c3=c1.complex_add(c2);//调用复数相加函数cout″c1=″;c1.display();//输出c1的值cout″c2=″;c2.display();//输出c2的值cout″c1+c2=″;c3.display();//输出c3的值return0;}运行结果如下:c1=(3+4i)c2=(5-10i)c1+c2=(8,-6i)第10章运算符重载结果无疑是正确的,但调用方式不直观､太烦琐,使人感到很不方便｡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;编译系统就会自动完成c1和c2两个复数相加的运算｡如果能做到,就为对象的运算提供了很大的方便｡这就需要对运算符“+”进行重载｡第10章运算符重载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(形参表列){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:Complexoperator+(Complex&c1,Complex&c2);10.2运算符重载的方法第10章运算符重载在定义了重载运算符的函数后,可以说:函数operator+重载了运算符+｡为了说明在运算符重载后,执行表达式就是调用函数的过程,可以把两个整数相加也想像为调用下面的函数:intoperator+(inta,intb){return(a+b);}如果有表达式5+8,就调用此函数,将5和8作为调用函数时的实参,函数的返回值为13｡这就是用函数的方法理解运算符｡可以在例10.1程序的基础上重载运算符“+”,使之用于复数相加｡第10章运算符重载例10.2改写例10.1,重载运算符“+”,使之能用于两个复数相加｡#includeiostreamusingnamespacestd;classComplex{public:Complex(){real=0;imag=0;}Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}Complexoperator+(Complex&c2);//声明重载运算符的函数voiddisplay();private:doublereal;doubleimag;};ComplexComplex∷operator+(Complex&c2)//定义重载运算符的函数{Complexc;c.real=real+c2.real;c.imag=imag+c2.imag;第10章运算符重载returnc;}voidComplex∷display(){cout″(″real″,″imag″i)″endl;}intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;c3=c1+c2;//运算符+用于复数运算cout″c1=″;c1.display();cout″c2=″;c2.display();cout″c1+c2=″;c3.display();return0;}运行结果与例10.1相同:c1=(3+4i)c2=(5-10i)c1+c2=(8,-6i)第10章运算符重载请比较例10.1和例10.2,只有两处不同:(1)在例10.2中以operator+函数取代了例10.1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相同的｡(2)在main函数中,以“c3=c1+c2;”取代了例10.1中的“c3=c1.complex_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),进行求值,得到两个复数之和｡第10章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离的｡假如在声明Complex类时,对运算符+,-,*,/都进行了重载,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+,-,*,/进行复数的运算即可,十分方便｡对上面的运算符重载函数operator+还可以改写得更简练一些:ComplexComplex∷operator+(Complex&c2){returnComplex(real+c2.real,imag+c2.imag);}需要说明的是:运算符被重载后,其原有的功能仍然保留,没有丧失或改变｡第10章运算符重载通过运算符重载,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++程序中定义出很有实用意义而使用方便的新的数据类型｡运算符重载使C++具有更强大的功能､更好的可扩充性和适应性,这是C++最吸引人的特点之一｡第10章运算符重载(1)C++不允许用户自己定义新的运算符,只能对已有的C++运算符进行重载｡(2)C++允许重载的运算符C++中绝大部分的运算符允许重载｡具体规定见书中表10.1｡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)10.3重载运算符的规则第10章运算符重载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改变,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｡(3)重载不能改变运算符运算对象(即操作数)的个数｡(4)重载不能改变运算符的优先级别｡(5)重载不能改变运算符的结合性｡(6)重载运算符的函数不能有默认的参数,否则就改变了运算符参数的个数,与前面第(3)点矛盾｡(7)重载的运算符必须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｡第10章运算符重载(8)用于类对象的运算符一般必须重载,但有两个例外,运算符“=”和“&”不必用户重载｡①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｡②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｡(9)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｡(10)运算符重载函数可以是类的成员函数(如例10.2),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普通函数｡第10章运算符重载在本章例10.2程序中对运算符“+”进行了重载,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10.2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｡10.4运算符重载函数作为类成员函数和友元函数第10章运算符重载可以看到,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｡如this-real+c2.real,this-real就是c1.real｡在10.2节中已说明,在将运算符函数重载为成员函数后,如果出现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,并以表达式中第二个参数(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))｡第10章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10.2改写为例10.3｡例10.3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｡#includeiostreamusingnamespacestd;classComplex{public:Complex(){real=0;imag=0;}Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}friendComplexoperator+(Complex&c1,Complex&c2);//重载函数作为友元函数voiddisplay();private:doublereal;doubleimag;第10章运算符重载};Complexoperator+(Complex&c1,Complex&c2)//定义作为友元函数的重载函数{returnComplex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);}voidComplex∷display(){cout″(″real″,″imag″i)″endl;}intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;c3=c1+c2;cout″c1=″;c1.display();cout″c2=″;c2.display();cout″c1+c2=″;c3.display();}第10章运算符重载与例10.2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