C++运算符重载探讨 - 其他文档 VC文档技术文档 - 技术文档

　　所谓函数重载简单地说就是赋给同一个函数名多个含义。具体地讲，C++中允许在相同的作用域内以相同的名字定义几个不同实现的函数，可以是成员函数，也可以是非成员函数。但是，定义这种重载函数时要求函数的参数或者至少有一个类型不同，或者个数不同。而对于返回值的类型没有要求，可以相同，也可以不同。那种参数个数和类型都相同，仅仅返回值不同的重载函数是非法的。因为编译程序在选择相同名字的重载函数时仅考虑函数表，这就是说要靠函数的参数表中，参数个数或参数类型的差异进行选择。由此可以看出，重载函数的意义在于它可以用相同的名字访问一组相互关联的函数，由编译程序来进行选择，因而这将有助于解决程序复杂性问题。如：在定义类时，构造函数重载给初始化带来了多种方式，为用户提供更大的灵活性。

　　下面我们重点讨论运算符重载。

　　运算符重载就是赋予已有的运算符多重含义。C++中通过重新定义运算符，使它能够用于特定类的对象执行特定的功能，这便增强了C++语言的扩充能力。

　　运算符重载的几个问题

　　1. 运算符重载的作用是什么？

　　它允许你为类的用户提供一个直觉的接口。

　　运算符重载允许C/C++的运算符在用户定义类型(类)上拥有一个用户定义的意义。重载的运算符是函数调用的语法修饰：

class Fred

{

public:

// ...

};

#if 0

// 没有算符重载：

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

// 有算符重载：

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. 算符重载的好处是什么？

　　通过重载类上的标准算符，你可以发掘类的用户的直觉。使得用户程序所用的语言是面向问题的，而不是面向机器的。

　　最终目标是降低学习曲线并减少错误率。

　　3. 哪些运算符可以用作重载？

　　几乎所有的运算符都可用作重载。具体包含：

　　算术运算符：+,-,*,/,%,++,--;

　　位操作运算符：&,|,~,^,＜＜,＞＞

　　逻辑运算符：!,&&,||;

　　比较运算符：＜,＞,＞=,＜=,==,!=;

　　赋值运算符：=,+=,-=,*=,/=,%=,&=,|=,^=,＜＜=,＞＞=;

　　其他运算符：[],(),-＞,,(逗号运算符),new,delete,new[],delete[],-＞*。

　　下列运算符不允许重载：

　　.,.*,::,?:

　　4. 运算符重载后，优先级和结合性怎么办？

　　用户重载新定义运算符，不改变原运算符的优先级和结合性。这就是说，对运算符重载不改变运算符的优先级和结合性，并且运算符重载后，也不改变运算符的语法结构，即单目运算符只能重载为单目运算符，双目运算符只能重载双目运算符。

　　5. 编译程序如何选用哪一个运算符函数？

　　运算符重载实际是一个函数，所以运算符的重载实际上是函数的重载。编译程序对运算符重载的选择，遵循着函数重载的选择原则。当遇到不很明显的运算时，编译程序将去寻找参数相匹配的运算符函数。

　　6. 重载运算符有哪些限制？

　　(1) 不可臆造新的运算符。必须把重载运算符限制在C++语言中已有的运算符范围内的允许重载的运算符之中。

　　(2) 重载运算符坚持4个“不能改变”。

　　·不能改变运算符操作数的个数；

　　·不能改变运算符原有的优先级；

　　·不能改变运算符原有的结合性；

　　·不能改变运算符原有的语法结构。

　　7. 运算符重载时必须遵循哪些原则？

　　运算符重载可以使程序更加简洁，使表达式更加直观，增加可读性。但是，运算符重载使用不宜过多，否则会带来一定的麻烦。

　　使用重载运算符时应遵循如下原则：

　　(1) 重载运算符含义必须清楚。

　　(2) 重载运算符不能有二义性。

　　运算符重载函数的两种形式

　　运算符重载的函数一般地采用如下两种形式：成员函数形式和友元函数形式。这两种形式都可访问类中的私有成员。

　　1. 重载为类的成员函数

　　这里先举一个关于给复数运算重载复数的四则运算符的例子。复数由实部和虚部构造，可以定义一个复数类，然后再在类中重载复数四则运算的运算符。先看以下源代码：

#include ＜iostream.h＞

class complex

{

public:

complex() { real=imag=0; }

complex(double r, double i)

{

real = r, imag = i;

}

complex operator +(const complex &c);

complex operator -(const complex &c);

complex operator *(const complex &c);

complex operator /(const complex &c);

friend void print(const complex &c);

private:

double real, imag;

};

inline complex complex::operator +(const complex &c)

{

return complex(real + c.real, imag + c.imag);

}

inline complex complex::operator -(const complex &c)

{

return complex(real - c.real, imag - c.imag);

}

inline complex complex::operator *(const complex &c)

{

return complex(real * c.real - imag * c.imag, real * c.imag + imag * c.real);

}

inline complex complex::operator /(const complex &c)

{

return complex((real * c.real + imag + c.imag) / (c.real * c.real + c.imag * c.imag),

(imag * c.real - real * c.imag) / (c.real * c.real + c.imag * c.imag));

}

void print(const complex &c)

{

if(c.imag＜0)

cout＜＜c.real＜＜c.imag＜＜'i';

else

cout＜＜c.real＜＜'+'＜＜c.imag＜＜'i';

}

void main()

{

complex c1(2.0, 3.0), c2(4.0, -2.0), c3;

c3 = c1 + c2;

cout＜＜"\nc1+c2=";

print(c3);

c3 = c1 - c2;

cout＜＜"\nc1-c2=";

print(c3);

c3 = c1 * c2;

cout＜＜"\nc1*c2=";

print(c3);

c3 = c1 / c2;

cout＜＜"\nc1/c2=";

print(c3);

c3 = (c1+c2) * (c1-c2) * c2/c1;

cout＜＜"\n(c1+c2)*(c1-c2)*c2/c1=";

print(c3);

cout＜＜endl;

}

　　该程序的运行结果为：

c1+c2=6+1i

c1-c2=-2+5i

c1*c2=14+8i

c1/c2=0.45+0.8i

(c1+c2)*(c1-c2)*c2/c1=9.61538+25.2308i

　　在程序中，类complex定义了4个成员函数作为运算符重载函数。将运算符重载函数说明为类的成员函数格式如下：

　　＜类名＞ operator ＜运算符＞(＜参数表＞)

　　其中，operator是定义运算符重载函数的关键字。

　　程序中出现的表达式：

　　c1+c2

　　编译程序将给解释为：

　　c1.operator+(c2)

　　其中，c1和c2是complex类的对象。operator+()是运算+的重载函数。

　　该运算符重载函数仅有一个参数c2。可见，当重载为成员函数时，双目运算符仅有一个参数。对单目运算符，重载为成员函数时，不能再显式说明参数。重载为成员函数时，总时隐含了一个参数，该参数是this指针。this指针是指向调用该成员函数对象的指针。

　　2. 重载为友元函数

　　运算符重载函数还可以为友元函数。当重载友元函数时，将没有隐含的参数this指针。这样，对双目运算符，友元函数有2个参数，对单目运算符，友元函数有一个参数。但是，有些运行符不能重载为友元函数，它们是：=,(),[]和-＞。

　　重载为友元函数的运算符重载函数的定义格式如下：

　　friend ＜类型说明符＞ operator ＜运算符＞(＜参数表＞)

　　{……}

　　下面用友元函数代码成员函数，重载编写上述的例子，程序如下：

#include ＜iostream.h＞

class complex

{

public:

complex() { real=imag=0; }

complex(double r, double i)

{

real = r, imag = i;

}

friend complex operator +(const complex &c1, const complex &c2);

friend complex operator -(const complex &c1, const complex &c2);

friend complex operator *(const complex &c1, const complex &c2);

friend complex operator /(const complex &c1, const complex &c2);

friend

void print(const complex &c);

private:

double real, imag;

};

complex operator +(const complex &c1, const complex &c2)

{

return complex(c1.real + c2.real, c1.imag + c2.imag);

}

complex operator -(const complex &c1, const complex &c2)

{

return complex(c1.real - c2.real, c1.imag - c2.imag);

}

complex operator *(const complex &c1, const complex &c2)

{

return complex(c1.real * c2.real - c1.imag * c2.imag, c1.real * c2.imag + c1.imag * c2.real);

}

complex operator /(const complex &c1, const complex &c2)

{

return complex((c1.real * c2.real + c1.imag + c2.imag) / (c2.real * c2.real + c2.imag * c2.imag),

(c1.imag * c2.real - c1.real * c2.imag) / (c2.real * c2.real + c2.imag * c2.imag));

}

void print(const complex &c)

{

if(c.imag＜0)

cout＜＜c.real＜＜c.imag＜＜'i';

else

cout＜＜c.real＜＜'+'＜＜c.imag＜＜'i';

}

void main()

{

complex c1(2.0, 3.0), c2(4.0, -2.0), c3;

c3 = c1 + c2;

cout＜＜"\nc1+c2=";

print(c3);

c3 = c1 - c2;

cout＜＜"\nc1-c2=";

print(c3);

c3 = c1 * c2;

cout＜＜"\nc1*c2=";

print(c3);

c3 = c1 / c2;

cout＜＜"\nc1/c2=";

print(c3);

c3 = (c1+c2) * (c1-c2) * c2/c1;

cout＜＜"\n(c1+c2)*(c1-c2)*c2/c1=";

print(c3);

cout＜＜endl;

}

　　该程序的运行结果与上例相同。前面已讲过，对又目运算符，重载为成员函数时，仅一个参数，另一个被隐含；重载为友元函数时，有两个参数，没有隐含参数。因此，程序中出现的 c1+c2

　　编译程序解释为：

　　operator+(c1, c2)

　　调用如下函数，进行求值，

　　complex operator +(const coplex &c1, const complex &c2)

　　3. 两种重载形式的比较

　　一般说来，单目运算符最好被重载为成员；对双目运算符最好被重载为友元函数，双目运算符重载为友元函数比重载为成员函数更方便此，但是，有的双目运算符还是重载为成员函数为好，例如，赋值运算符。因为，它如果被重载为友元函数，将会出现与赋值语义不一致的地方。其他运算符的重载举例

　　1).下标运算符重载

　　由于C语言的数组中并没有保存其大小，因此，不能对数组元素进行存取范围的检查，无法保证给数组动态赋值不会越界。利用C++的类可以定义一种更安全、功能强的数组类型。为此，为该类定义重载运算符[]。

　　下面先看看一个例子：

#include ＜iostream.h＞

class CharArray

{

public:

CharArray(int l)

{

Length = l;

Buff = new char[Length];

}

~CharArray() { delete Buff; }

int GetLength() { return Length; }

char & operator [](int i);

private:

int Length;

char * Buff;

};

char & CharArray::operator [](int i)

{

static char ch = 0;

if(i＜Length&&i＞=0)

return Buff[i];

else

{

cout＜＜"\nIndex out of range.";

return ch;

}

void main()

{

int cnt;

CharArray string1(6);

char * string2 = "string";

for(cnt=0; cnt＜8; cnt++)

string1[cnt] = string2[cnt];

cout＜＜"\n";

for(cnt=0; cnt＜8; cnt++)

cout＜＜string1[cnt];

cout＜＜"\n";

cout＜＜string1.GetLength()＜＜endl;

}

　　该数组类的优点如下：

　　(1) 其大小不心是一个常量。

　　(2) 运行时动态指定大小可以不用运算符new和delete。

　　(3) 当使用该类数组作函数参数时，不心分别传递数组变量本身及其大小，因为该对象中已经保存大小。

　　在重载下标运算符函数时应该注意：

　　(1) 该函数只能带一个参数，不可带多个参数。

　　(2) 不得重载为友元函数，必须是非static类的成员函数。 2). 重载增1减1运算符

　　增1减1运算符是单目运算符。它们又有前缀和后缀运算两种。为了区分这两种运算，将后缀运算视为又目运算符。表达式

　　obj++或obj--

　　被看作为：

　　obj++0或obj--0

　　下面举一例子说明重载增1减1运算符的应用。

#include ＜iostream.h＞

class counter

{

public:

counter() { v=0; }

counter operator ++();

counter operator ++(int );

void print() { cout＜＜v＜＜endl; }

private:

unsigned v;

};

counter counter::operator ++()

{

v++;

return *this;

}

counter counter::operator ++(int)

{

counter t;

t.v = v++;

return t;

}

void main()

{

counter c;

for(int i=0; i＜8; i++)

c++;

c.print();

for(i=0; i＜8; i++)

++c;

c.print();

}

　　3). 重载函数调用运算符

　　可以将函数调用运算符()看成是下标运算[]的扩展。函数调用运算符可以带0个至多个参数。下面通过一个实例来熟悉函数调用运算符的重载。

#include ＜iostream.h＞

class F

{

public:

double operator ()(double x, double y) const;

};

double F::operator ()(double x, double y) const

{

return (x+5)*y;

}

void main()

{

F f;

cout＜＜f(1.5, 2.2)＜＜endl;

}

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