C++ 运算符重载与操作符重载
2023-12-13 10:48:18
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运算符重载
C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表。
运算符重载实际上就如同函数重载，使操作符拥有新的功能。
结构：
返回值类型 operator操作符(参数列表)
例如
bool operator==(Date d1,Date d2);
定义一个Date类
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
{
//判断日期是否合法
//GetMonthDay()获取这个月的天数
if (month > 0 && month < 13 &&
(day > 0 && day <= GetMonthDay(year, month)))
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
else
{
cout << "日期非法" << endl;
}
}
private:
int _year;//年
int _month;//月
int _day;//日
};
我们都知道==是用来比较的运算符，Date类对象进行比较该怎么比较呢？我们可以规定，如果两个对象的年、月、日都相当则两个对象相等，返回true。
错误示例
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
{
if (month > 0 && month < 13
&& (day > 0 && day <= GetMonthDay(year, month)))
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
}
bool operator==(Date d1, Date d2)
{
return (d1._year == d2._year) && (d1._month == d2._month) && (d1._day == d2._day);
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
二元运算符的重载函数的参数有两个，规定第一个参数为左操作数，第二个参数为右操作数。
还记得成员函数有什么特性吗？成员函数有一个自带的参数this，类型为类类型。因为我们不可能将this指针删掉，所以只能省略第一个参数。
为减少拷贝引起的消耗，尽量使用引用的方式传参。
正确的做法
class Date
{
public:
//...
bool operator==(const Date& d)//若不改变形参最好用const修饰
{
return (_year == d._year) &&
(_month == d._month) &&
(_day == d._day);
}
//...
};
运算符重载的特性
运算符重载有如下特性：
- 重载操作符必须有一个类类型参数；
- 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@、operator?等；
- 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：int类型的+，不能改变其含义；
- 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this；
- .* :: sizeof ?: .注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。
其他运算符重载的实现
有了上述的==作为示例，我们还可以实现< > <= >= + - ++ --等一系列操作符的重载。
<? ? >? ? ?<=? ? >=? ? ? != 重载
class Date
{
public:
//构造函数
//...
bool operator==(const Date& d)
{
return (_year == d._year) && (_month == d._month) && (_day == d._day);
}
bool operator<(const Date& d)
{
return _year < d._year
|| (_year == d._year && _month < d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator<=(const Date& d)
{
//函数的复用
return *this < d || *this == d;
}
bool operator>(const Date& d)
{
//函数的复用
return !(*this <= d);
}
bool operator>=(const Date& d)
{
//函数的复用
return !(*this < d);
}
bool operator!=(const Date& d)
{
//函数的复用
return !(*this == d);
}
//...
};
+=? ?-=? ? ?+? ? ?-
注意：下列四个运算符的右操作数都为天数。
class Date
{
public:
//...
//获取当月的天数
int GetMonthDay(int year, int month)
{
assert(month > 0 && month < 13);
int monthArray[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
//判断是否是闰年的二月
if (month == 2 &&
((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400) == 0))
{
return 29;
}
else
{
return monthArray[month];
}
}
//+= 返回自身的引用,减少拷贝
Date& operator+=(int day)
{
//判断是否加了负数
if (day < 0)
{
//复用
*this -= -day;
return *this;
}
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month));
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
//进位
_month++;
if (_month == 13)
{
_year++;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
//-= 返回自身的引用,减少拷贝
Date& operator-=(int day)
{
//判断是否减了一个负数
if (day < 0)
{
//复用
*this += -day;
return *this;
}
_day -= day;
while (_day <= 0)
{
--_month;
if (_month == 0)
{
--_year;
_month = 12;
}
_day += GetMonthDay(_year, _month);
}
return *this;
}
Date operator+(int day)
{
//拷贝构造
//因为加不改变自身的值，所以创建临时对象
Date tmp(*this);
//复用
tmp += day;
return tmp;
}
Date operator-(int day)
{
Date tmp(*this);
tmp -= day;
return tmp;
}
//...
};
前置++ 与 后置++ 重载
前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++能形成正确重载，C++规定：
后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递。
class Date
{
public:
//...
//前置++
Date& operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
//后置++
// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，
// 故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this + 1
// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
Date operator++(int)
{
Date tmp(*this);
*this += 1;
return tmp;
}
//前置--
Date& operator--()
{
*this -= 1;
return *this;
}
//后置--
Date operator--(int)
{
Date tmp(*this);
*this -= 1;
return tmp;
}
//...
};
日期 - 日期的实现
日期+日期没有意义，但是日期-日期有意义，日期-日期代表相距多少天。
class Date
{
//...
int operator-(const Date& d)
{
Date max = *this;
Date min = d;
int flag = 1;
if (*this < d)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int n = 0;
while (min != max)
{
++min;
++n;
}
return n * flag;
}
//...
}
<<? ? >>? 重载
错误示例
class Date
{
//...
//使用因为返回，为了适应连续输入或输出的情况
ostream& operator<<(ostream& out)
{
out << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in)
{
in >>_year >>_month >>_day;
return in;
}
//...
}
>> <<?是二元操作符，上文中提到二元操作符第一个参数为左操作数，第二个参数为右操作数。此时这段代码第一个参数为this，也就意味着左操作数变成了对象，右操作数变成了cout。那么我们使用时只能这样写：
void Test2()
{
Date d1(2023, 4, 1);
d1 << cout;
}
虽然能满足需求，但是用起来感觉怪怪的。由于我们无法改变this的位置，所以只能使用其它办法来实现<< >>的重载了。
这里我们只能将重载定义在类的外面才能避开this的影响。但是类外的函数又访问不了类的私有成员。我们只能通过将重载函数设置为类友元函数来实现了。
class Date
{
//...
//申明友元函数
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
//...
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日";
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
默认成员函数——赋值运算符重载
与之前讲的构造函数与析构函数等默认成员函数相同，赋值运算符重载也属于6个默认成员函数之一。
1. 作为与众不同的默认成员函数，其有以下特性：
- 赋值运算符重载格式：
- 参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率；
- 返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值检测是否自己给自己赋值；
- 返回*this ：要复合连续赋值的含义；
赋值重载
class Date
{
//...
Date& operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
//...
}
2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数；
错误示例
class Date
{
//...
};
// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{
if (&left != &right)
{
left._year = right._year;
left._month = right._month;
left._day = right._day;
}
return left;
}
此种情况会出现编译错误error C2801: “operator =”必须是非静态成员。
- 出错原因是：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。
3. 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。
这里赋值重载与拷贝构造函数的特性非常相似。
?
默认成员函数——取地址操作符重载
6个默认成员函数只剩两个——取地址重载与const取地址重载。但是，这两个函数实在没有实现的必要，因为我们自己实现与编译器自动实现出来的效果是一样的。
class Date
{
//...
Date* operator&()
{
return this;
}
const Date* operator&()const
{
return this;
}
//...
};
const成员
将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
什么情况下需要用const修饰？
我们可能暂时感受不到const修饰的作用，但是遇到如下情况，const修饰就非常有必要了。
class Date
{
public:
//...
void print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
}
void Test3()
{
Date d1(2023, 4, 1);
d1.print();
const Date d2(2022, 3, 1);
d2.print();
}
报错内容为：“void Date::print(void)”: 不能将“this”指针从“const Date”转换为“Date &”。
这里是典型的权限放大错误，我们不能将const Date* &d2传递给形参Date* this。
改正的办法为同样用const修饰this，但具体的写法可不像我们想的那样。
void print() const
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
因为我们无法显式的修改this，所以C++规定在函数的后面加上const即为修饰this。
附录
我们总结上文中的运算符重载，整理一下完整的日期类的实现。此处我们使用多文件的形式实现—>
Date.h文件中进行头文件包含、命名空间展开、类的声明、内联函数定义等；Date.cpp文件中进行对类成员函数的定义。
#define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE 1
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
// 类里面短小函数，适合做内联的函数，直接是在类里面定义的
class Date
{
// 友元函数声明
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0);
void Print() const;
int GetMonthDay(int year, int month) const;
bool operator==(const Date& d) const;
bool operator!=(const Date& d) const;
bool operator<(const Date& d) const;
bool operator<=(const Date& d) const;
bool operator>(const Date& d) const;
bool operator>=(const Date& d) const;
Date& operator+=(int day);
Date operator+(int day) const;
Date& operator-=(int day);
Date operator-(int day) const;
int operator-(const Date& d) const;
Date& operator=(const Date& d);
//前置++
Date& operator++();
// 后置++
// int参数 仅仅是为了占位，跟前置重载区分
Date operator++(int);
// 前置--
Date& operator--();
// 后置--
Date operator--(int);
//取地址重载
Date* operator&();
const Date* operator&() const;
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
inline ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日";
return out;
}
inline istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
#define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE 1
#include"Date.h"
//构造函数
Date::Date(int year, int month , int day)
{
//判断日期是否合法
if (month > 0 && month < 13 &&
(day > 0 && day <= GetMonthDay(year, month)))
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
else
{
cout << "日期非法" << endl;
}
}
bool Date::operator==(const Date& d) const
{
return (_year == d._year) && (_month == d._month) && (_day == d._day);
}
bool Date::operator<(const Date& d) const
{
return _year < d._year
|| (_year == d._year && _month < d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool Date::operator<=(const Date& d) const
{
//函数的复用
return *this < d || *this == d;
}
bool Date::operator>(const Date& d) const
{
//函数的复用
return !(*this <= d);
}
bool Date::operator>=(const Date& d) const
{
//函数的复用
return !(*this < d);
}
bool Date::operator!=(const Date& d) const
{
//函数的复用
return !(*this == d);
}
//获取当月的天数
int Date::GetMonthDay(int year, int month) const
{
assert(month > 0 && month < 13);
int monthArray[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
//判断是否是闰年的二月
if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400) == 0))
{
return 29;
}
else
{
return monthArray[month];
}
}
//+= 返回自身的引用
Date& Date::operator+=(int day)
{
//判断是否加了负数
if (day < 0)
{
//复用
*this -= -day;
return *this;
}
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
//进位
_month++;
if (_month == 13)
{
_year++;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
Date& Date::operator-=(int day)
{
//判断是否减了一个负数
if (day < 0)
{
//复用
*this += -day;
return *this;
}
_day -= day;
while (_day <= 0)
{
--_month;
if (_month == 0)
{
--_year;
_month = 12;
}
_day += GetMonthDay(_year, _month);
}
return *this;
}
Date Date::operator+(int day) const
{
//拷贝构造
//因为加不改变自身的值，所以创建临时对象
Date tmp(*this);
//复用
tmp += day;
return tmp;
}
Date Date::operator-(int day) const
{
Date tmp(*this);
tmp -= day;
return tmp;
}
//前置++
Date& Date::operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
//后置++
// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，
// 故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this + 1
// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
Date Date::operator++(int)
{
Date tmp(*this);
*this += 1;
return tmp;
}
//前置--
Date& Date::operator--()
{
*this -= 1;
return *this;
}
//后置--
Date Date::operator--(int)
{
Date tmp(*this);
*this -= 1;
return tmp;
}
int Date::operator-(const Date& d) const
{
Date max = *this;
Date min = d;
int flag = 1;
if (*this < d)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int n = 0;
while (min != max)
{
++min;
++n;
}
return n * flag;
}
Date& Date::operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
Date* Date::operator&()
{
return this;
}
const Date* Date::operator&() const
{
return this;
}
?
文章来源:https://blog.csdn.net/qq_61553520/article/details/134897495
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