北京大学MOOC C++学习笔记（三）运算符重载

运算符重载：

运算符重载，就是对已有的运算符(C++中预定义的运算符)赋予多重的含义，使同一运算符作用于不同类型的数据时导致不同类型的行为。
运算符重载的目的是：扩展C++中提供的运算符的适用范围，使之能作用于对象。
同一个运算符，对不同类型的操作数，所发生的行为不同。

complex_a + complex_b 生成新的复数对象

5 + 4 = 9

运算符重载的形式：

运算符重载的实质是函数重载

可以重载为普通函数，也可以重载为成员函数

把含运算符的表达式转换成对运算符函数的调用。

把运算符的操作数转换成运算符函数的参数。

运算符被多次重载时，根据实参的类型决定调用哪个运算符函数。

运算符重载的形式：

返回值类型 operator 运算符（形参表）
{
……
}

运算符重载示例：

class Complex
{
public:
double real,imag;
Complex( double r = 0.0, double i= 0.0 ):real(r),imag(i) { }
Complex operator-(const Complex & c);
};
Complex operator+( const Complex & a, const Complex & b)
{
return Complex( a.real+b.real,a.imag+b.imag); // 返回一个临时对象
}
Complex Complex::operator-(const Complex & c)
{
return Complex(real - c.real, imag - c.imag); // 返回一个临时对象
}
int main()
{
Complex a(4,4),b(1,1),c;
c = a + b; // 等价于c=operator+(a,b);
cout << c.real << "," << c.imag << endl;
cout << (a-b).real << "," << (a-b).imag << endl;
//a-b 等价于a.operator-(b)
return 0;
}
输出：
5,5
3,3

c = a + b; 等价于c=operator+(a,b);
a-b 等价于a.operator-(b)。

重载为成员函数时，参数个数为运算符目数减一。
重载为普通函数时，参数个数为运算符目数。

赋值运算符 ‘=’重载：

有时候希望赋值运算符两边的类型可以不匹配，比如，把一个int类型变量赋值给一个Complex对象，或把一个 char * 类型的字符串赋值给一个字符串对象,此时就需要重载赋值运算符“=”。

赋值运算符“=”只能重载为成员函数。

class String {
private:
char * str;
public:
String ():str(new char[1]) { str[0] = 0;}
const char * c_str() { return str; };
String & operator = (const char * s);
String::~String( ) { delete [] str; }
};
String & String::operator = (const char * s)
{ // 重载“=”得 以使得 obj = “hello” 能够成立
delete [] str;
str = new char[strlen(s)+1];
strcpy( str, s);
return * this;
}

int main()
{
String s;
s = "Good Luck," ; //于 等价于 s.operator=("Good Luck,");
cout << s.c_str() << endl;
// String s2 = "hello!"; // 这条语句要是不注释掉就会出错
s = "Shenzhou 8!"; //于 等价于 s.operator=("Shenzhou 8!");
cout << s.c_str() << endl;
return 0;
}
输出：
Good Luck,
Shenzhou 8!

运算符重载为友元函数：

一般情况下，将运算符重载为类的成员函数，是较好的选择。
但有时，重载为成员函数不能满足使用要求，重载为普通函数，又不能访问类的私有成员，所以需要将运算符重载为友元。

class Complex
{
double real,imag;
public:
Complex( double r, double i):real(r),imag(i){ };
Complex operator+( double r );
friend Complex operator + (double r,const Complex & c);
};

运算符重载实例：可变长整型数组

#include<iostream>
#include<memory.h>
using namespace std;
class CArray {
    int size; //数组元素的个数
    int *ptr; //指向动态分配的数组
public:
    CArray(int s = 0); //s代表数组元素的个数
    CArray(CArray & a);
    ~CArray();
    void push_back(int v); //用于在数组尾部添加一个元素v
    CArray & operator=( const CArray & a);//用于数组对象间的赋值
    int length() { return size; } //返回数组元素个数
    int & operator[](int i) //返回值为 int 不行!不支持 a[i] = 4
    {//用以支持根据下标访问数组元素，
    // 如n = a[i] 和a[i] = 4; 这样的语句
    return ptr[i];
    }
};
CArray::CArray(int s):size(s)
{
    if( s == 0)
        ptr = NULL;
    else
        ptr = new int[s];
}
CArray::CArray(CArray & a) {
    if( !a.ptr) {
        ptr = NULL;
        size = 0;
        return;
    }
    ptr = new int[a.size];
    memcpy( ptr, a.ptr, sizeof(int ) * a.size);
    size = a.size;
}
CArray::~CArray()
{
    if( ptr) 
        delete [] ptr;
}
CArray & CArray::operator=( const CArray & a)
{  // 赋值号的作用是使“=” 左边对象里存放的数组，大小和内容都和右边的对象一样
    if( ptr == a.ptr) // 防止a=a 这样的赋值导致出错
        return * this;
    if( a.ptr == NULL) { // 如果a 里面的数组是空的
        if( ptr ) 
            delete [] ptr;
        ptr = NULL;
        size = 0;
        return * this;
    }if( size < a.size) {  // 如果原有空间够大，就不用分配新的空间
        if(ptr)
        delete [] ptr;
        ptr = new int[a.size];
    }
    memcpy( ptr,a.ptr,sizeof(int)*a.size);
    size = a.size;
    return * this;
} // CArray & CArray::operator=( const CArray & a)

void CArray::push_back(int v)
{ // 在数组尾部添加一个元素
    if( ptr) {
        int * tmpPtr = new int[size+1]; // 重新分配空间
        memcpy(tmpPtr,ptr,sizeof(int)*size); // 拷贝原数组内容
        delete [] ptr;
        ptr = tmpPtr;
    }
    else // 数组本来是空的
        ptr = new int[1];
    ptr[size++] = v; // 加入新的数组元素
}
int main() { //要编写可变长整型数组类，使之能如下使用：
    CArray a; //开始里的数组是空的
    for( int i = 0;i < 5;++i)
        a.push_back(i);
    CArray a2,a3;
    a2 = a;
    for( int i = 0; i < a.length(); ++i )
        cout << a2[i] << " " ;
    a2 = a3; //a2是空的
    for( int i = 0; i < a2.length(); ++i ) //a2.length()返回0
        cout << a2[i] << " ";
    cout << endl;
    a[3] = 100;
    CArray a4(a);
    for( int i = 0; i < a4.length(); ++i )
        cout << a4[i] << " ";
    return 0;
}

流插入运算符和流提取运算符的重载：

cout 是在 iostream 中定义的，ostream 类的对象。

“<<” 能用在cout 上是因为，在iostream里对 “<<” 进行了重载。

代码示例：

假定c是Complex复数类的对象，现在希望写“cout << c;”，就能以“a+bi”的形式输出c的值，写“cin>>c;”，就能从键盘接受“a+bi”形式的输入，并且使得c.real = a,c.imag = b。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib>
using namespace std;
class Complex {
    double real,imag;
public:
    Complex( double r=0, double i=0):real(r),imag(i){ };
    friend ostream & operator<<( ostream & os,
    const Complex & c);
    friend istream & operator>>( istream & is,Complex & c);
};
ostream & operator<<( ostream & os,const Complex & c)
{
    os << c.real << "+" << c.imag << "i"; // 以"a+bi" 的形式输出
    return os;
}
istream & operator>>( istream & is,Complex & c)
{
    string s;
    is >> s; // 将"a+bi" 作为字符串读入, “a+bi”  中间不能有空格
    int pos = s.find("+",0);
    string sTmp = s.substr(0,pos); // 分离出代表实部的字符串
    c.real = atof(sTmp.c_str()); //atof 库函数能将const char* 指针成 指向的内容转换成 float
    sTmp = s.substr(pos+1, s.length()-pos-2); // 分离出代表虚部的字符串
    c.imag = atof(sTmp.c_str());
    return is;
}
int main()
{
    Complex c;
    int n;
    cin >> c >> n;
    cout << c << "," << n;
    return 0;
}

类型转换运算符和自增、自减运算符的重载

#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
    double real,imag;
public:
    Complex(double r=0,double i=0):real(r),imag(i) { };
    operator double () { return real; }
    //符 重载强制类型转换运算符 double
};
int main()
{
    Complex c(1.2,3.4);
    cout << (double)c << endl; //出 输出 1.2
    double n = 2 + c; //于 等价于 double n=2+c.operator double()
    cout << n; //出 输出 3.2
}

自增运算符++、自减运算符--有前置/后置之分，为了区分所重载的是前置运算符还是后置运算符，C++规定：

前置运算符作为一元运算符重载
重载为成员函数：
T & operator++();
T & operator--();
重载为全局函数：
T1 & operator++(T2);
T1 & operator—(T2);

后置运算符作为二元运算符重载，多写一个没用的参数：
重载为成员函数：
T operator++(int);
T operator--(int);
重载为全局函数：
T1 operator++(T2,int );
T1 operator—( T2,int);

#include <iostream>
using namespace std;
class CDemo {
private :
    int n;
public:
    CDemo(int i=0):n(i) { }
    CDemo & operator++(); // 用于前置形式
    CDemo operator++( int ); // 用于后置形式
    operator int ( ) { return n; }
    friend CDemo & operator--(CDemo & );
    friend CDemo operator--(CDemo & ,int);
};
CDemo & CDemo::operator++()
{ //置 前置 ++
    n ++;
    return * this;
}
CDemo CDemo::operator++( int k )
{ //置 后置 ++
    CDemo tmp(*this); // 记录修改前的对象
    n ++;
    return tmp; // 返回修改前的对象
} // s++即为: s.operator++(0);
CDemo & operator--(CDemo & d)
{// 前置--
    d.n--;
    return d;
} //--s即为: operator--(s);
CDemo operator--(CDemo & d,int)
{// 后置--
    CDemo tmp(d);
    d.n --;
    return tmp;
} //s--即为: operator--(s, 0);
int main()
{
    CDemo d(5);
    cout << (d++ ) << ","; //于 等价于 d.operator++(0);
    cout << d << ",";
    cout << (++d) << ","; //于 等价于 d.operator++();
    cout << d << endl;
    cout << (d-- ) << ","; //于 等价于 operator--(d,0);
    cout << d << ",";
    cout << (--d) << ","; //于 等价于 operator--(d);
    cout << d << endl;
    return 0;
}

operator int ( ) { return n; }

这里，int 作为一个类型强制转换运算符被重载, 此后

Demo s;
(int) s ; //于等效于 s.int();

类型强制转换运算符被重载时不能写返回值类型，实际上其返回值类型就是该类型强制转换运算符代表的类型

运算符重载的注意事项：

1. C++不允许定义新的运算符；
2. 重载后运算符的含义应该符合日常习惯；
 complex_a + complex_b
 word_a > word_b
 date_b = date_a + n
3. 运算符重载不改变运算符的优先级；
4. 以下运算符不能被重载：“.”、“.*”、“::”、“?:”、sizeof；
5. 重载运算符()、[]、->或者赋值运算符=时，运算符重载函数必须声明为
类的成员函数。