深入解析C++編程中的運(yùn)算符重載
C++中預(yù)定義的運(yùn)算符的操作對(duì)象只能是基本數(shù)據(jù)類型,實(shí)際上,對(duì)于很多用戶自定義類型,也需要有類似的運(yùn)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(yùn)算如何實(shí)現(xiàn)?這時(shí)候我們需要自己編寫(xiě)程序來(lái)說(shuō)明“+”在作用于complex類對(duì)象時(shí),該實(shí)現(xiàn)什么樣的功能,這就是運(yùn)算符重載。運(yùn)算符重載是對(duì)已有的運(yùn)算符賦予多重含義,使同一個(gè)運(yùn)算符作用于不同類型的數(shù)據(jù)導(dǎo)致不同類型的行為。
運(yùn)算符重載的實(shí)質(zhì)是函數(shù)重載。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,首先把指定的運(yùn)算表達(dá)式轉(zhuǎn)化為對(duì)運(yùn)算符函數(shù)的調(diào)用,運(yùn)算對(duì)象轉(zhuǎn)化為運(yùn)算符函數(shù)的實(shí)參,然后根據(jù)實(shí)參的類型來(lái)確定需要調(diào)用達(dá)標(biāo)函數(shù),這個(gè)過(guò)程愛(ài)編譯過(guò)程中完成。
一、 運(yùn)算符重載的規(guī)則
運(yùn)算符重載規(guī)則如下:
①、 C++中的運(yùn)算符除了少數(shù)幾個(gè)之外,全部可以重載,而且只能重載C++中已有的運(yùn)算符。
②、 重載之后運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性都不會(huì)改變。
③、 運(yùn)算符重載是針對(duì)新類型數(shù)據(jù)的實(shí)際需要,對(duì)原有運(yùn)算符進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?。一般?lái)說(shuō),重載的功能應(yīng)當(dāng)與原有功能相類似,不能改變?cè)\(yùn)算符的操作對(duì)象個(gè)數(shù),同時(shí)至少要有一個(gè)操作對(duì)象是自定義類型。
不能重載的運(yùn)算符只有五個(gè),它們是:成員運(yùn)算符“.”、指針運(yùn)算符“*”、作用域運(yùn)算符“::”、“sizeof”、條件運(yùn)算符“?:”。
運(yùn)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(yùn)算符重載為類的成員函數(shù)的一般語(yǔ)法形式為:
函數(shù)類型 operator 運(yùn)算符(形參表) { 函數(shù)體; }
運(yùn)算符重載為類的友元函數(shù)的一般語(yǔ)法形式為:
friend 函數(shù)類型 operator 運(yùn)算符(形參表) { 函數(shù)體; }
其中,函數(shù)類型就是運(yùn)算結(jié)果類型;operator是定義運(yùn)算符重載函數(shù)的關(guān)鍵字;運(yùn)算符是重載的運(yùn)算符名稱。
當(dāng)運(yùn)算符重載為類的成員函數(shù)時(shí),函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)比原來(lái)的操作個(gè)數(shù)要少一個(gè);當(dāng)重載為類的友元函數(shù)時(shí),參數(shù)個(gè)數(shù)與原操作數(shù)個(gè)數(shù)相同。原因是重載為類的成員函數(shù)時(shí),如果某個(gè)對(duì)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(wèn),就不需要再放在參數(shù)表中進(jìn)行傳遞,少了的操作數(shù)就是該對(duì)象本身。而重載為友元函數(shù)時(shí),友元函數(shù)對(duì)某個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,就必須通過(guò)該對(duì)象的名稱來(lái)進(jìn)行,因此使用到的參數(shù)都要進(jìn)行傳遞,操作數(shù)的個(gè)數(shù)就不會(huì)有變化。
運(yùn)算符重載的主要優(yōu)點(diǎn)就是允許改變使用于系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)算符的操作方式,以適應(yīng)用戶自定義類型的類似運(yùn)算。
二、 運(yùn)算符重載為成員函數(shù)
對(duì)于雙目運(yùn)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(dá)式oprd1 B oprd2,其中oprd1為類A的對(duì)象,則應(yīng)當(dāng)把B重載為A類的成員函數(shù),該函數(shù)只有一個(gè)形參,形參的類型是oprd2所屬的類型。經(jīng)過(guò)重載后,表達(dá)式oprd1 B oprd2 就相當(dāng)于函數(shù)調(diào)用oprd1.operator B(oprd2).
對(duì)于前置單目運(yùn)算符U,如“-”(負(fù)號(hào))等,如果要重載U為類的成員函數(shù),用來(lái)實(shí)現(xiàn)表達(dá)式U oprd,其中oprd為A類的對(duì)象,則U應(yīng)當(dāng)重載為A類的成員函數(shù),函數(shù)沒(méi)有形參。經(jīng)過(guò)重載之后,表達(dá)式U oprd相當(dāng)于函數(shù)調(diào)用oprd.operator U().
對(duì)于后置運(yùn)算符“++”和“- -”,如果要將它們重載為類的成員函數(shù),用來(lái)實(shí)現(xiàn)表達(dá)式oprd++或oprd--,其中oprd為A類的對(duì)象,那么運(yùn)算符就應(yīng)當(dāng)重載為A類的成員函數(shù),這時(shí)函數(shù)要帶有一個(gè)整型形參。重載之后,表達(dá)式oprd++和oprd—就想當(dāng)于函數(shù)調(diào)用oprd.operator++(0)和oprd.operator—(0);
運(yùn)算符重載就是賦予已有的運(yùn)算符多重含義。通過(guò)重新定義運(yùn)算符,使它能夠用于特定類的對(duì)象執(zhí)行特定的功能,這便增強(qiáng)了C++語(yǔ)言的擴(kuò)充能力。
1. 運(yùn)算符重載的作用:
運(yùn)算符重載允許C/C++的運(yùn)算符在用戶定義類型(類)上擁有一個(gè)用戶定義的意義。重載的運(yùn)算符是函數(shù)調(diào)用的語(yǔ)法修飾:
class Fred { public: // ... }; #if 0 // 沒(méi)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(yùn)算符:
算術(shù)運(yùn)算符:+,-,*,/,%,++,--;
位操作運(yùn)算符:&,|,~,^,<<,>>
邏輯運(yùn)算符:!,&&,||;
比較運(yùn)算符:<,>,>=,<=,==,!=;
賦值運(yùn)算符:=,+=,-=,*=,/=,%=,&=,|=,^=,<<=,>>=;
其他運(yùn)算符:[],(),->,,(逗號(hào)運(yùn)算符),new,delete,new[],delete[],->*。
下列運(yùn)算符不允許重載:
.,.*,::,?:
3. 運(yùn)算符重載后,優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性:
用戶重載新定義運(yùn)算符,不改變?cè)\(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。這就是說(shuō),對(duì)運(yùn)算符重載不改變運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性,并且運(yùn)算符重載后,也不改變運(yùn)算符的語(yǔ)法結(jié)構(gòu),即單目運(yùn)算符只能重載為單目運(yùn)算符,雙目運(yùn)算符只能重載雙目運(yùn)算符。
4. 編譯程序如何選用哪一個(gè)運(yùn)算符函數(shù):
運(yùn)算符重載實(shí)際是一個(gè)函數(shù),所以運(yùn)算符的重載實(shí)際上是函數(shù)的重載。編譯程序?qū)\(yùn)算符重載的選擇,遵循著函數(shù)重載的選擇原則。當(dāng)遇到不很明顯的運(yùn)算時(shí),編譯程序?qū)⑷ふ覅?shù)相匹配的運(yùn)算符函數(shù)。
5. 重載運(yùn)算符有哪些限制:
(1) 不可臆造新的運(yùn)算符。必須把重載運(yùn)算符限制在C++語(yǔ)言中已有的運(yùn)算符范圍內(nèi)的允許重載的運(yùn)算符之中。
(2) 重載運(yùn)算符堅(jiān)持4個(gè)“不能改變”。
·不能改變運(yùn)算符操作數(shù)的個(gè)數(shù);
·不能改變運(yùn)算符原有的優(yōu)先級(jí);
·不能改變運(yùn)算符原有的結(jié)合性;
·不能改變運(yùn)算符原有的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。
6. 運(yùn)算符重載時(shí)必須遵循哪些原則:
運(yùn)算符重載可以使程序更加簡(jiǎn)潔,使表達(dá)式更加直觀,增加可讀性。但是,運(yùn)算符重載使用不宜過(guò)多,否則會(huì)帶來(lái)一定的麻煩。
(1) 重載運(yùn)算符含義必須清楚。
(2) 重載運(yùn)算符不能有二義性。
運(yùn)算符重載函數(shù)的兩種形式
運(yùn)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(wèn)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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