C++——操作符重载

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操作符重载

双目操作符

计算类的双目操作符（’+‘和’-’）

• 表达式的结果是右值。
• 左右操作数既可以是左值也可以是右值。
• 两种实现方式：
  • 成员函数形式（左调右参）
    L#R的表达式可以被编译器处理成 L.operator#®的成员函数调用形式，该函数的返回值就是表达式的结果。
  • 全局函数形式（左右操作数都作为参数）
    L#R的表达式也可以被成立成::operator#(L,R)的全局函数调用形式，该函数的返回值就是表达式的结果。
  • 注：使用friend关键字，可以把一个全局函数声明为某个类的友元，友元函数可以访问类中的任何成员。

代码示例

• complex.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
class Complex{
public:
    Complex(int r,int i):m_r(r),m_i(i){}
    void print(void)const{
        cout << m_r << '+' << m_i << 'i'
            << endl;
    }
    //"+"操作符重载函数(成员函数形式)
    //c1 + c2==>c1.operator+(c2)
    //三个const作用
    //1)修饰返回值,禁止对表达式赋值,返回右值
    //2)常引用参数,为了支持常量型右操作数
    //3)常成员函数,为了支持常量型左操作数
    const Complex operator+(
            const Complex& c)const{
        Complex res(m_r+c.m_r,m_i+c.m_i);
        return res;
    }
private:
    int m_r;//实部
    int m_i;//虚部

    //友元,可以访问类中私有成员
    friend const Complex operator-(
        const Complex& l,const Complex& r);
};
//"-"操作符重载函数,全局函数形式
const Complex operator-(
    const Complex& l,const Complex& r){
    Complex res(l.m_r-r.m_r , l.m_i-r.m_i);
    return res;
}

int main(void)
{
    const Complex c1(1,2);
    const Complex c2(3,4);
    c1.print();
    c2.print();

    //Complex c3 = c1.operator+(c2);
    Complex c3 = c1 + c2;
    c3.print();//4+6i

    //(c1 + c2) = c3;//应该error

    //c3 = ::operator-(c2,c1)
    c3 = c2 - c1;
    c3.print();//2+2i

    return 0;
}

• 执行结果
  

赋值类的双目操作符（+=、-=）

• 表达式结果是左值，就是左操作数的自身。
• 左操作数一定是左值，右操作数可以是左值也可以是右值。
• 两种实现方式：
  • 成员函数形式
    L#R ⇒ L.operator#®
  • 全局函数形式
    L#R ⇒ ::operator#(L,R)

代码示例

• complex.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
class Complex{
public:
    Complex(int r,int i):m_r(r),m_i(i){}
    void print(void)const{
        cout << m_r << '+' << m_i << 'i'
            << endl;
    }
    //"+="成员函数形式
    //c1+=c2==>c1.operator+=(c2)
    Complex& operator+=(const Complex& c){
        m_r += c.m_r;
        m_i += c.m_i;
        return *this;
    }
    //"-="全局函数形式
    //友元函数可以直接定义在类的内部,但本质
    //还是全局函数
    friend Complex& operator-=(
            Complex& l,const Complex& r){
        l.m_r -= r.m_r;
        l.m_i -= r.m_i;
        return l;
    }
private:
    int m_r;//实部
    int m_i;//虚部
};
int main(void)
{
    Complex c1(1,2);
    Complex c2(3,4);
    c1 += c2;//c1.operator+=(c2)
    c1.print();//4+6i;
    c1 -= c2;//operator-=(c1,c2)
    c1.print();//1+2i
    return 0;
}

• 执行结果
  

单目操作符

计算类单目操作符（-（取负）、~（取反））

• 表达式结果是右值，不能对表达式进行赋值操作
• 操作数只有一个，可以左值也可以右值
• 两种实现形式
  • 成员函数形式
    #O ⇒ O.operator#();
  • 全局函数形式
    #O ⇒ ::operator#(O);

代码示例

• integer.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
class Integer{
public:
    Integer(int i):m_i(i){}
    void print(void)const{
        cout << m_i << endl;
    }
    //"-":成员函数形式
    const Integer operator-(void) const {
        Integer res(-m_i);
        return res;
    }
    //"~":全局函数形式(自定义表示乘方)
    friend const Integer operator~(
            const Integer& i){
        Integer res(i.m_i * i.m_i);
        return res;
    }
private:
    int m_i;
};
int main(void)
{
    Integer i(100);
    Integer j = -i;//i.operator-()
    j.print();//-100
    j = ~i;
    j.print();//10000
    return 0;

}

• 执行结果
  

自增减单目操作符（++、–）

• 前++、–
  • 表达式的结果是左值，就是操作数自身
  • 操作数一定是左值
  • 两种实现形式
    • 成员函数形式
      #O ⇒ O.operator#();
    • 全局函数形式
      #O ⇒ ::operator#(O);
• 后++、–
  • 表达式的结果是右值，是操作数自增减前的副本
  • 操作数也一定是左值
  • 两种实现形式
    • 成员函数形式
      O# ⇒ O.operator#(int);
    • 全局函数形式
      O# ⇒ ::operator#(O,int);
  • 注：后缀自增减操作符函数中增加了一个int哑元参数，用于和前缀自增减进行区分。

代码示例

• integer.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
class Integer{
public:
    Integer(int i):m_i(i){}
    void print(void)const{
        cout << m_i << endl;
    }
    //前++:成员函数形式
    Integer& operator++(void){
        ++m_i;
        return *this;
    }
    //前--:全局函数形式
    friend Integer& operator--(Integer& i){
        --i.m_i;
        return i;
    }
    //后++:成员函数形式
    const Integer operator++(int){
        Integer old = *this;
        ++m_i;//++(*this)
        return old;
    }
    //后--:全局函数形式
    friend const Integer operator--(
            Integer& i,int){
        Integer old = i;
        --i.m_i;//--i
        return old;
    }
private:
    int m_i;
};
int main(void)
{
    Integer i(100);
    Integer j = ++i;//i.operator++()
    j.print();//101
    i.print();//101
    j = ++++i;//i.operator++().operator++()
    j.print();//103
    i.print();//103

    j = --i;//operator--(i);
    j.print();//102
    i.print();//102
    j = ----i;
    j.print();//100
    i.print();//100

    j = i++;//i.operator++(0/*哑元*/)
    j.print();//100
    i.print();//101

    j = i--;//operator--(i,0)
    j.print();//101
    i.print();//100

    return 0;
}

• 执行结果
  

插入（输出）和提取（输入）操作符（’<<’ 和 ‘>>’）

功能：实现自定义类型直接的输入和输出

• 注：只能使用全局函数形式(friend)

  #include <iostream>
  -->ostream cout;
  -->istream cin;

  friend ostream& operator<<(
  		ostream& os,const RIGHT& right){...}
  friend istream& operator>>(
  		istream& is,RIGHT& right){...}

  //全局函数：operator<<(cout,a)
  cout << a;
  cout << c << ...
  //全局函数：operator>>(cin,a)
  cin >> a;
  cin >> c << ...

代码示例

• io_operator.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
class Complex{
public:
    Complex(int r,int i):m_r(r),m_i(i){}
    //<<:只能使用全局函数形式
    friend ostream& operator<<(
            ostream& os,const Complex& c){
        os << c.m_r << '+' << c.m_i << 'i';
        return os;
    }
    //>>:只能使用全局函数形式
    friend istream& operator>>(
            istream& is,Complex& c){
        is >> c.m_r >> c.m_i;
        return is;
    }
private:
    int m_r;//实部
    int m_i;//虚部
};
int main(void)
{
    Complex c1(1,2);
    Complex c2(3,4);
    cout << c1 << endl;
    cout << c1 << ',' << c2 << endl;
    cout << "请输入一个复数" << endl;
    cin >> c1;
    cout << c1 << endl;
    return 0;
}

• 执行结果
  

下标操作符（’[]’）

功能：让一个对象可以像数组一样去使用。

• 注：非常对象返回左值，常对象返回右值。

	string s = "hello";
	s[0] = 'H';//s.operator[](0) = 'H'; 
	const string s2 = "hello";
	s2[0] = 'H';//error

代码示例

• array_operator.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
//容器类,里面可以存放若干个整形数
class Array{
public:
    //Array(size_t size)
    //  :m_arr(new int[size]),m_size(size){}
    Array(size_t size){
        m_arr = new int[size];
        m_size = size;
    }
    //非常对象调用,返回左值
    int& operator[](size_t i){
        return m_arr[i];
    }
    //常对象调用,返回右值
    const int& operator[](size_t i)const{
        return m_arr[i];
    }
private:
    int* m_arr;
    size_t m_size;
};
int main(void)
{
    Array arr(3);
    arr[0] = 10;//arr.operator[](0)
    arr[1] = 20;
    arr[2] = 30;
    const Array& rarr = arr;
    cout << rarr[0] << endl;
    cout << rarr[1] << endl;
    cout << rarr[2] << endl;
    return 0;
}

• 执行结果
  

函数操作符（’()’）

功能：让对象像函数一样去使用

• 注：对参数个数、类型和返回值类型没有限制。

	class A{};
	A a;
	a(10,1.23);//a.operator()(10,1.23);	

代码示例

• func_operator.cpp

#include <iostream>
using namespace std;

class Func{
public:
    double operator()(double x){
        return x*x;
    }
    int operator()(int x,int y){
        return x+y;
    }
};
int main(void)
{
    Func func;
    //func.operator()(3.3)
    cout << func(3.3) << endl;//10.89
    //func.operator()(10,20)
    cout << func(10,20) << endl;//30
    return 0;
}

• 执行结果
  

new/delete 操作数

  static void* operator new(size_t size){..}
  static void operator delete(void *p){..}

代码示例

• new.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
class A{
public:
    A(void){
        cout << "A的构造函数" << endl;
    }
    ~A(void){
        cout << "A的析构函数" << endl;
    }
    static void* operator new(size_t size){
        cout << "A::new" << endl;
        void* pv = malloc(size);
        return pv;
    }
    static void operator delete(void *pv){
        cout << "A::delete" << endl;
        free(pv);
    }
};
int main(void)
{
    //1)A* pa=(A*)A::operator new(sizeof(A))
    //2)pa->构造函数
    A* pa = new A;
    
    //1)pa->析构函数
    //2)A::operator delete(pa)
    delete pa;

    return 0;
}

• 执行结果
  

操作符重载的限制

• 不是所有的操作符都能重载，以下操作符不能重载：
  • 作用域限定操作符（::）
  • 直接成员访问操作符（.）
  • 直接成员指针解引用操作符（.*）
  • 条件操作符（?:）
  • 字节长度操作符（sizeof）
  • 类型信息操作符（typeid）
• 如果一个操作符所有操作数都是基本类型，则该操作符无法重载。
• 操作符重载不会改变编译器预定义的优先级
• 操作符重载无法改变操作数的个数
• 无法通过操作符重载发明新的符号
• 只能使用成员形式不能使用全局形式的操作符（= 、（）、->）