C++操作符重载operator

operator是C++的关键字,它和运算符一起使用,表示一个运算符函数,理解时应将operator=整体上视为一个函数名。

这是C++扩展运算符功能的方法,虽然样子古怪,但也可以理解:一方面要使运算符的使用方法与其原来一致,另一方面扩展其功能只能通过函数的方式(c++中,“功能”都是由函数实现的)。

一、为什么使用操作符重载?
对于系统的所有操作符,一般情况下,只支持基本数据类型和标准库中提供的class,对于用户自己定义的class,如果想支持基本操作,比如比较大小,判断是否相等,等等,则需要用户自己来定义关于这个操作符的具体实现。比如,判断两个人是否一样大,我们默认的规则是按照其年龄来比较,所以,在设计person 这个class的时候,我们需要考虑操作符==,而且,根据刚才的分析,比较的依据应该是age。那么为什么叫重载呢?这是因为,在编译器实现的时候,已经为我们提供了这个操作符的基本数据类型实现版本,但是现在他的操作数变成了用户定义的数据类型class,所以,需要用户自己来提供该参数版本的实现。

二、如何声明一个重载的操作符?
A: 操作符重载实现为类成员函数
重载的操作符在类体中被声明,声明方式如同普通成员函数一样,只不过他的名字包含关键字operator,以及紧跟其后的一个c++预定义的操作符。
可以用如下的方式来声明一个预定义的== 操作符:

class person{
private:
    int age;
    public:
    person(int a){
       this->age=a;
    }
   inline bool operator == (const person &ps) const;
};

实现方式如下:

inline bool person::operator==(const person &ps) const
{

     if (this->age==ps.age)
        return true;
     return false;
}

调用方式如下:

#include
using namespace std;
int main()
{

  person p1(10);
  person p2(20);
  if(p1==p2) cout<<”the age is equal!”< return 0;
}

这里,因为operator == 是class person的一个成员函数,所以对象p1,p2都可以调用该函数,上面的if语句中,相当于p1调用函数==,把p2作为该函数的一个参数传递给该函数,从而实现了两个对象的比较。

B:操作符重载实现为非类成员函数(全局函数)
对于全局重载操作符,代表左操作数的参数必须被显式指定。例如:

#include
#include
using namespace std;
class person
{
public:
int age;
public:
};

bool operator==(person const &p1 ,person const & p2)

//满足要求,做操作数的类型被显示指定

{
if(p1.age==p2.age)
return true;
return false;
}
int main()
{
person rose;
person jack;
rose.age=18;
jack.age=23;
if(rose==jack)
cout<<"ok"< return 0;
}

C:如何决定把一个操作符重载为类成员函数还是全局名字空间的成员呢?
①如果一个重载操作符是类成员,那么只有当与他一起使用的左操作数是该类的对象时,该操作符才会被调用。如果该操作符的左操作数必须是其他的类型,则操作符必须被重载为全局名字空间的成员。
②C++要求赋值=,下标[],调用(), 和成员指向-> 操作符必须被定义为类成员操作符。任何把这些操作符定义为名字空间成员的定义都会被标记为编译时刻错误。
③如果有一个操作数是类类型如string类的情形那么对于对称操作符比如等于操作符最好定义为全局名字空间成员。

  • D:重载操作符具有以下限制:
    (1) 只有C++预定义的操作符集中的操作符才可以被重载;
    (2)对于内置类型的操作符,它的预定义不能被改变,应不能为内置类型重载操作符,如,不能改变int型的操作符+的含义;
    (3) 也不能为内置的数据类型定义其它的操作符;
    (4) 只能重载类类型或枚举类型的操作符;
    (5) 重载操作符不能改变它们的操作符优先级;
    (6) 重载操作符不能改变操作数的个数;
    (7) 除了对( )操作符外,对其他重载操作符提供缺省实参都是非法的;

为什么要对运算符进行重载:

C++预定义中的运算符的操作对象只局限于基本的内置数据类型,但是对于我们自定义的类型(类)是没有办法操作的。但是大多时候我们需要对我们定义的类型进行类似的运算,这个时候就需要我们对这么运算符进行重新定义,赋予其新的功能,以满足自身的需求。

C++运算符重载的实质:

运算符重载的实质就是函数重载或函数多态。运算符重载是一种形式的C++多态。目的在于让人能够用同名的函数来完成不同的基本操作。要重载运算符,需要使用被称为运算符函数的特殊函数形式

通常我们都将其声明为友元函数,因为大多数时候重载运算符要访问类的私有数据,(当然也可以设置为非友元非类的成员函数。但是非友元又不是类的成员函数是没有办法直接访问类的私有数据的),如果不声明为类的友元函数,而是通过在此函数中调用类的公有函数来访问私有数据会降低性能。所以一般都会设置为类的友元函数,这样我们就可以在此非成员函数中访问类中的数据了。

运算符重载的形式:

运算符函数重载一般有两种形式:重载为类的成员函数和重载为类的非成员函数。非成员函数通常是友元。(可以把一个运算符作为一个非成员、非友元函数重载。但是,这样的运算符函数访问类的私有和保护成员时,必须使用类的公有接口中提供的设置数据和读取数据的函数,调用这些函数时会降低性能。可以内联这些函数以提高性能。)
1) 成员函数运算符
 运算符重载为类的成员函数的一般格式为:

<函数类型> operator <运算符>(<参数表>)
{
	<函数体>
}

当运算符重载为类的成员函数时,函数的参数个数比原来的操作数要少一个(后置单目运算符除外),这是因为成员函数用this指针隐式地访问了类的一个对象,它充当了运算符函数最左边的操作数。因此:
 
(1) 双目运算符重载为类的成员函数时,函数只显式说明一个参数,该形参是运算符的右操作数。
(2) 前置单目运算符重载为类的成员函数时,不需要显式说明参数,即函数没有形参。
调用成员函数运算符的格式如下:

<对象名>.operator <运算符>(<参数>)

它等价于

<对象名><运算符><参数>

例如:a+b等价于a.operator +(b)。一般情况下,我们采用运算符的习惯表达方式。

2) 友元函数运算符
 运算符重载为类的友元函数的一般格式为:

friend <函数类型> operator <运算符>(<参数表>)
{
   <函数体>
}

当运算符重载为类的友元函数时,由于没有隐含的this指针,因此操作数的个数没有变化,所有的操作数都必须通过函数的形参进行传递,函数的参数与操作数自左至右一一对应。
 调用友元函数运算符的格式如下:

operator <运算符>(<参数1>,<参数2>)

它等价于

<参数1><运算符><参数2>

例如:a+b等价于operator +(a,b)。

两种重载形式的比较

在多数情况下,将运算符重载为类的成员函数和类的友元函数都是可以的。但成员函数运算符与友元函数运算符也具有各自的一些特点:
(1) 一般情况下,单目运算符最好重载为类的成员函数;双目运算符则最好重载为类的友元函数。
(2) 以下一些双目运算符不能重载为类的友元函数:=、()、[]、->。
(3) 类型转换函数只能定义为一个类的成员函数而不能定义为类的友元函数。
(4) 若一个运算符的操作需要修改对象的状态,选择重载为成员函数较好。
(5) 若运算符所需的操作数(尤其是第一个操作数)希望有隐式类型转换,则只能选用友元函数。
(6) 当运算符函数是一个成员函数时,最左边的操作数(或者只有最左边的操作数)必须是运算符类的一个类对象(或者是对该类对象的引用)。如果左边的操作数必须是一个不同类的对象,或者是一个内部类型的对象,该运算符函数必须作为一个友元函数来实现。
(7) 当需要重载运算符具有可交换性时,选择重载为友元函数。
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)


typeid(一个RTTI运算符),const_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast、static_cast强制类型转换运算符

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,不具备重载的特征。
大多数运算符可以通过成员函数和非成员函数进行重载但是下面这四种运算符只能通过成员函数进行重载:
= 赋值运算符,()函数调用运算符,[ ]下标运算符,->通过指针访问类成员的运算符。

C++运算符重载的规则

C++对运算符重载定义了如下几条规则。
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。 例如,有人觉得BASIC中用““作为幂运算符很方便,也想在C++中将”“定义为幂运算符,用”3**5“表示35,这样是不行的。

2、 重载不能改变运算符运算对象(即搡作数)的个数。如关系运算符“>”和“ <” 等是双目运算符,重载后仍为双目运算符,需要两个参数。运算符“ +”,“-”,“*”,“&”等既可以作为单目运算符,也可以作为双目运算符,可以分别将它们重载为单目运算符或双目运算符。

3、 重载不能改变运算符的优先级别。例如“*”和“/”优先于“ +”和“-”,不论怎样进行重载,各运算符之间的优先级别不会改变。有时在程序中希望改变某运算符的优先级,也只能使用加圆括号的办法强制改变重载运算符的运算顺序。

4、 重载不能改变运算符的结含性。如赋值运算符是右结合性(自右至左),重载后仍为右结合性。

5、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(2)点矛盾。

6、 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,如下面这样是不对的:

 int operator + (int a,int b)
{
 	retum(a-b);
}

原来运算符+的作用是对两个数相加,现在企图通过重载使它的作用改为两个数相减。 如果允许这样重载的话,如果有表达式4+3,它的结果是7呢还是1?显然,这是绝对禁止的。

如果有两个参数,这两个参数可以都是类对象,也可以一个是类对象,一个是C ++标准类型的数据,如

Complex operator + (int a,Complex&c)
{
return Complex(a +c.real, c.imag);
}

它的作用是使一个整数和一个复数相加。
7) 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。 我们知道,可以用赋值运算符对类的对象賦值,这是因为系统已为每一个新声明的类重载了一个赋值运算符,它的作用是逐个复制类的数据成员。用户可以认为它是系统提供的默认的对象赋值运算符,可以直接用于对象间的赋值,不必自己进行重载。但是有时系统提供的默认的对象赋值运算符不能满足程序的要求,例如,数据成员中包含指向动态分配内存的指针成员时,在复制此成员时就可能出现危险。在这种情况下, 就需要自己重载赋值运算符。

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。
8) 从理论上说,可以将一个运算符重载为执行任意的操作,如可以将加法运算符重载为输出对象中的信息,将“>”运算符重载为“小于”运算。但这样违背了运算符重载的初衷,非但没有提髙可读性,反而使人莫名其妙,无法理解程序。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(如用“+”实现加法,用“>”实现“大于”的关系运算)。

9、 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敝的普通函数。
我们什么时候声明为成员函数,什么时候声明为非成员函数呢?

首先,我们要明白这句话:对于成员函数来说,一个操作数通过this指针隐式的传递,(即本身),另一个操作数作为函数的参数显示的传递;对于友元函数(非成员函数)两个操作数都是通过参数来传递的。
(1)一般来说,弹幕运算符重载为类的成员函数,双目运算符重载为类的友元函数(咳咳,一般情况下)
(2)双目运算符不能将 = 。 ()【】。-> 重载为类的友元函数。
(3)如果运算符的第一次操作数要求为隐式转换则必须为友元函数。
(4)当最左边的要求为类对象,而右边的是一个内置类型,则要为友元函数。

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