深入解析C++編程中的運算符重載
C++中預定義的運算符的操作對象只能是基本數(shù)據(jù)類型,實際上,對于很多用戶自定義類型,也需要有類似的運算操作。例如:
class complex { public: complex(double r=0.0,double I=0.0){real=r;imag=I;} void display(); private: double real; double imag; }; complex a(10,20),b(5,8);
“a+b”運算如何實現(xiàn)?這時候我們需要自己編寫程序來說明“+”在作用于complex類對象時,該實現(xiàn)什么樣的功能,這就是運算符重載。運算符重載是對已有的運算符賦予多重含義,使同一個運算符作用于不同類型的數(shù)據(jù)導致不同類型的行為。
運算符重載的實質(zhì)是函數(shù)重載。在實現(xiàn)過程中,首先把指定的運算表達式轉(zhuǎn)化為對運算符函數(shù)的調(diào)用,運算對象轉(zhuǎn)化為運算符函數(shù)的實參,然后根據(jù)實參的類型來確定需要調(diào)用達標函數(shù),這個過程愛編譯過程中完成。
一、 運算符重載的規(guī)則
運算符重載規(guī)則如下:
①、 C++中的運算符除了少數(shù)幾個之外,全部可以重載,而且只能重載C++中已有的運算符。
②、 重載之后運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性都不會改變。
③、 運算符重載是針對新類型數(shù)據(jù)的實際需要,對原有運算符進行適當?shù)母脑?。一般來說,重載的功能應當與原有功能相類似,不能改變原運算符的操作對象個數(shù),同時至少要有一個操作對象是自定義類型。
不能重載的運算符只有五個,它們是:成員運算符“.”、指針運算符“*”、作用域運算符“::”、“sizeof”、條件運算符“?:”。
運算符重載形式有兩種,重載為類的成員函數(shù)和重載為類的友元函數(shù)。
運算符重載為類的成員函數(shù)的一般語法形式為:
函數(shù)類型 operator 運算符(形參表) { 函數(shù)體; }
運算符重載為類的友元函數(shù)的一般語法形式為:
friend 函數(shù)類型 operator 運算符(形參表) { 函數(shù)體; }
其中,函數(shù)類型就是運算結(jié)果類型;operator是定義運算符重載函數(shù)的關鍵字;運算符是重載的運算符名稱。
當運算符重載為類的成員函數(shù)時,函數(shù)的參數(shù)個數(shù)比原來的操作個數(shù)要少一個;當重載為類的友元函數(shù)時,參數(shù)個數(shù)與原操作數(shù)個數(shù)相同。原因是重載為類的成員函數(shù)時,如果某個對象使用重載了的成員函數(shù),自身的數(shù)據(jù)可以直接訪問,就不需要再放在參數(shù)表中進行傳遞,少了的操作數(shù)就是該對象本身。而重載為友元函數(shù)時,友元函數(shù)對某個對象的數(shù)據(jù)進行操作,就必須通過該對象的名稱來進行,因此使用到的參數(shù)都要進行傳遞,操作數(shù)的個數(shù)就不會有變化。
運算符重載的主要優(yōu)點就是允許改變使用于系統(tǒng)內(nèi)部的運算符的操作方式,以適應用戶自定義類型的類似運算。
二、 運算符重載為成員函數(shù)
對于雙目運算符B,如果要重載B為類的成員函數(shù),使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達式oprd1 B oprd2,其中oprd1為類A的對象,則應當把B重載為A類的成員函數(shù),該函數(shù)只有一個形參,形參的類型是oprd2所屬的類型。經(jīng)過重載后,表達式oprd1 B oprd2 就相當于函數(shù)調(diào)用oprd1.operator B(oprd2).
對于前置單目運算符U,如“-”(負號)等,如果要重載U為類的成員函數(shù),用來實現(xiàn)表達式U oprd,其中oprd為A類的對象,則U應當重載為A類的成員函數(shù),函數(shù)沒有形參。經(jīng)過重載之后,表達式U oprd相當于函數(shù)調(diào)用oprd.operator U().
對于后置運算符“++”和“- -”,如果要將它們重載為類的成員函數(shù),用來實現(xiàn)表達式oprd++或oprd--,其中oprd為A類的對象,那么運算符就應當重載為A類的成員函數(shù),這時函數(shù)要帶有一個整型形參。重載之后,表達式oprd++和oprd—就想當于函數(shù)調(diào)用oprd.operator++(0)和oprd.operator—(0);
運算符重載就是賦予已有的運算符多重含義。通過重新定義運算符,使它能夠用于特定類的對象執(zhí)行特定的功能,這便增強了C++語言的擴充能力。
1. 運算符重載的作用:
運算符重載允許C/C++的運算符在用戶定義類型(類)上擁有一個用戶定義的意義。重載的運算符是函數(shù)調(diào)用的語法修飾:
class Fred { public: // ... }; #if 0 // 沒有算符重載: Fred add(Fred, Fred); Fred mul(Fred, Fred); Fred f(Fred a, Fred b, Fred c) { return add(add(mul(a,b), mul(b,c)), mul(c,a)); // 哈哈,多可笑... } #else // 有算符重載: Fred operator+ (Fred, Fred); Fred operator* (Fred, Fred); Fred f(Fred a, Fred b, Fred c) { return a*b + b*c + c*a; } #endif
2. 可以用作重載的運算符:
算術(shù)運算符:+,-,*,/,%,++,--;
位操作運算符:&,|,~,^,<<,>>
邏輯運算符:!,&&,||;
比較運算符:<,>,>=,<=,==,!=;
賦值運算符:=,+=,-=,*=,/=,%=,&=,|=,^=,<<=,>>=;
其他運算符:[],(),->,,(逗號運算符),new,delete,new[],delete[],->*。
下列運算符不允許重載:
.,.*,::,?:
3. 運算符重載后,優(yōu)先級和結(jié)合性:
用戶重載新定義運算符,不改變原運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性。這就是說,對運算符重載不改變運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性,并且運算符重載后,也不改變運算符的語法結(jié)構(gòu),即單目運算符只能重載為單目運算符,雙目運算符只能重載雙目運算符。
4. 編譯程序如何選用哪一個運算符函數(shù):
運算符重載實際是一個函數(shù),所以運算符的重載實際上是函數(shù)的重載。編譯程序?qū)\算符重載的選擇,遵循著函數(shù)重載的選擇原則。當遇到不很明顯的運算時,編譯程序?qū)⑷ふ覅?shù)相匹配的運算符函數(shù)。
5. 重載運算符有哪些限制:
(1) 不可臆造新的運算符。必須把重載運算符限制在C++語言中已有的運算符范圍內(nèi)的允許重載的運算符之中。
(2) 重載運算符堅持4個“不能改變”。
·不能改變運算符操作數(shù)的個數(shù);
·不能改變運算符原有的優(yōu)先級;
·不能改變運算符原有的結(jié)合性;
·不能改變運算符原有的語法結(jié)構(gòu)。
6. 運算符重載時必須遵循哪些原則:
運算符重載可以使程序更加簡潔,使表達式更加直觀,增加可讀性。但是,運算符重載使用不宜過多,否則會帶來一定的麻煩。
(1) 重載運算符含義必須清楚。
(2) 重載運算符不能有二義性。
運算符重載函數(shù)的兩種形式
運算符重載的函數(shù)一般地采用如下兩種形式:成員函數(shù)形式和友元函數(shù)形式。這兩種形式都可訪問類中的私有成員。
三、例子
使用全局函數(shù)重載
#include <IOSTREAM.H> class A { public: A(int i):i(i){}; void print(){cout<<i<<endl;} friend A operator + (A &a, A &b);//聲明為友元 friend A operator ++(A &a, int); friend A& operator ++(A &a); friend A& operator +=(A &a, A &b); protected: int i; private: }; A operator + (A &a, A &b){//重載 a + b return A(a.i + b.i); } A operator ++(A &a, int){//重載 a++ return A(a.i++); } A& operator ++(A &a){//重載 ++a a.i++; return a; } A& operator +=(A &a, A &b){//重載 += a.i += b.i; return a; } void main(){ A a(5); A b(3); (a += b).print(); }
使用成員函數(shù)重載
#include <IOSTREAM.H> class A { public: A(int i):i(i){}; void print(){cout<<i<<endl;} A operator + (A &b); A& operator += (A &b); A operator ++(int); A& operator ++(); protected: int i; private: }; A A::operator + (A &b){//重載 + return A(i + b.i); } A& A::operator+= (A &b){ i += b.i; return *this; } A A::operator++ (int){//i++ return A(i++); } A& A::operator ++(){//++i i++; return *this; } void main(){ A a = 2; A b = 3; (++a).print(); (b++).print(); }
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