c++复习要点总结之七——运算符重载

运算符重载
所谓重载，就是重新赋予新的含义。函数重载就是对一个已有的函数赋予新的含义，使之实现新功能，因此，一个函数名就可以用来代表不同功能的函数，也就是”一名多用”。

运算符也可以重载。实际上，我们已经在不知不觉之中使用了运算符重载。例如，大 家都已习惯于用加法运算符”+”对整数、单精度数和双精度数进行加法运算，如5+8， 5.8 +3.67等，其实计算机对整数、单精度数和双精度数的加法操作过程是很不相同的， 但由于C++已经对运算符”+”进行了重载，所以就能适用于int, float, doUble类型的运算。

C++中预定义的运算符的操作对象只能是基本数据类型。但实际上，对于许多用户自定义类型（例如类），也需要类似的运算操作。这时就必须在C++中重新定义这些运算符，赋予已有运算符新的功能，使它能够用于特定类型执行特定的操作。运算符重载的实质是函数重载，它提供了C++的可扩展性，也是C++最吸引人的特性之一。 

运算符重载是通过创建运算符函数实现的，运算符函数定义了重载的运算符将要进行的操作。运算符函数的定义与其他函数的定义类似，惟一的区别是运算符函数的函数名是由关键字operator和其后要重载的运算符符号构成的。运算符函数定义的一般格式如下：

<返回类型说明符> operator <运算符符号>(<参数表>)

{
     <函数体>
}

运算符重载时要遵循以下规则：

(1) 除了类属关系运算符"."、成员指针运算符".*"、作用域运算符"::"、sizeof运算符和三目运算符"?:"以外，C++中的所有运算符都可以重载。

(2) 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，不能创建新的运算符。

(3) 运算符重载实质上是函数重载，因此编译程序对运算符重载的选择，遵循函数重载的选择原则。

(4) 重载之后的运算符不能改变运算符的优先级和结合性，也不能改变运算符操作数的个数及语法结构。

(5) 运算符重载不能改变该运算符用于内部类型对象的含义。它只能和用户自定义类型的对象一起使用，或者用于用户自定义类型的对象和内部类型的对象混合使用时。

(6) 运算符重载是针对新类型数据的实际需要对原有运算符进行的适当的改造，重载的功能应当与原有功能相类似，避免没有目的地使用重载运算符。

运算符函数重载一般有两种形式：重载为类的成员函数和重载为类的非成员函数。非成员函数通常是友元。（可以把一个运算符作为一个非成员、非友元函数重载。但是，这样的运算符函数访问类的私有和保护成员时，必须使用类的公有接口中提供的设置数据和读取数据的函数，调用这些函数时会降低性能。可以内联这些函数以提高性能。）

成员函数运算符

运算符重载为类的成员函数的一般格式为：

  <函数类型> operator <运算符>(<参数表>)
    {
     <函数体>
    }

　当运算符重载为类的成员函数时，函数的参数个数比原来的操作数要少一个（后置单目运算符除外），这是因为成员函数用this指针隐式地访问了类的一个对象，它充当了运算符函数最左边的操作数。因此：

(1) 双目运算符重载为类的成员函数时，函数只显式说明一个参数，该形参是运算符的右操作数。

(2) 前置单目运算符重载为类的成员函数时，不需要显式说明参数，即函数没有形参。

(3) 后置单目运算符重载为类的成员函数时，函数要带有一个整型形参。

调用成员函数运算符的格式如下：

    <对象名>.operator <运算符>(<参数>)

它等价于

    <对象名><运算符><参数>

例如：a+b等价于a.operator +(b)。一般情况下，我们采用运算符的习惯表达方式。

友元函数运算符

　运算符重载为类的友元函数的一般格式为：

    friend <函数类型> operator <运算符>(<参数表>)
    {
     <函数体>
    }

　当运算符重载为类的友元函数时，由于没有隐含的this指针，因此操作数的个数没有变化，所有的操作数都必须通过函数的形参进行传递，函数的参数与操作数自左至右一一对应。

　调用友元函数运算符的格式如下：

  operator <运算符>(<参数1>,<参数2>)

它等价于

    <参数1><运算符><参数2>

例如：a+b等价于operator +(a,b)。

两种重载形式的比较

　　在多数情况下，将运算符重载为类的成员函数和类的友元函数都是可以的。但成员函数运算符与友元函数运算符也具有各自的一些特点：

(1) 一般情况下，单目运算符最好重载为类的成员函数；双目运算符则最好重载为类的友元函数。

(2) 以下一些双目运算符不能重载为类的友元函数：=、()、[]、->。

(3) 类型转换函数只能定义为一个类的成员函数而不能定义为类的友元函数。

(4) 若一个运算符的操作需要修改对象的状态，选择重载为成员函数较好。

(5) 若运算符所需的操作数（尤其是第一个操作数）希望有隐式类型转换，则只能选用友元函数。

(6) 当运算符函数是一个成员函数时，最左边的操作数（或者只有最左边的操作数）必须是运算符类的一　个类对象（或者是对该类对象的引用）。如果左边的操作数必须是一个不同类的对象，或者是一个内部　类型的对象，该运算符函数必须作为一个友元函数来实现。

(7) 当需要重载运算符具有可交换性时，选择重载为友元函数。

1 为什么会用运算符重载机制（回忆函数重载）

用复数类举例 //Complex c3 =c1 + c2;

//原因 Complex是用户自定义类型，编译器根本不知道如何进行加减

//编译器给提供了一种机制，让用户自己去完成，自定义类型的加减操作。。。。。

//这个机制就是运算符重载机制

2 运算符重载的本质是一个函数

例如1:

//通过类成员函数完成 - 操作符重载（函数的定义在类里面）
//函数声明 Complex operator-(Complex &c2)
//用类成员函数实现-运算符重载
Complex c4 = c1 - c2; 
c4.printCom(); //打印输出
//c1.operator-(c2);

例如2:

//通过全局函数方法完成+操作符重载（函数的定义在类外）
//函数声明 Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2)
//函数调用分析
int main()
{ Complex c1(1, 2), c2(3, 4);//定义两个对象
//Complex c31 = operator+(c1,c2); 函数的调用模式
Complex c3 = c1 + c2; //简写+
c3.printCom();
}

感受操作过程：

例如3：

//前置++操作符 用全局函数实现
Complex& operator++(Complex&c1) 
{ c1.a ++; 
c1.b ++;
return c1; 
}
//调用方法
++c1 ; //=è需要写出操作符重载函数原形
c1.printCom();
//运算符重载函数名定义
//首先承认操作符重载是一个函数 定义函数名--->operator++
//分析函数参数 根据左右操作数的个数------->operator++(Complex &c1)
//分析函数返回值-------> Complex&operator++(Complex &c1) 返回它自身

例如4

//4.1 前置—操作符成员函数实现
Complex& operator--()
{ this->a--;
this->b--;
return *this; //注意返回
}
//4.2 调用方法
--c1;
c1.printCom();
//4.3前置—运算符重载函数名定义
//c1.operator--()

例如5：

//5.1//后置++ 操作符用全局函数实现
Complex operator++(Complex &c1, int) 
{ Complex tmp = c1;
c1.a++;
c1.b++;
return tmp;
}
//5.2 调用方法
c1 ++ ; //先使用后++
//5.3 后置++运算符重载函数名定义
Complex operator++(Complex&c1, int) //函数占位参数 和 前置++ 相区别

例如6：

//6.1 后置— 操作符 用类成员函数实现
Complexoperator--(int) 
{ Complextmp = *this;
this->a--;
this->b--;
return tmp;
}
//6.2 调用方法
c1 ++ ; //先使用后++
//6.3 后置--运算符重载函数名定义
Complex operator--(int) //函数占位参数和 前置-- 相区别

前置和后置运算符总结

C++中通过一个占位参数来区分前置运算和后置运算

定义运算符重载函数名的步骤

全局函数、类成员函数方法实现运算符重载步骤

1）要承认操作符重载是一个函数，写出函数名称operator+ ()

2）根据操作数，写出函数参数

3）根据业务，完善函数返回值(看函数是返回引用 还是指针 元素)，及实现函数业务

友元函数实现操作符重载的应用场景

1）友元函数和成员函数选择方法 
Ø 当无法修改左操作数的类时，使用全局函数进行重载
Ø =, [], ()和->操作符只能通过成员函数进行重载
2）用友元函数重载 << >>操作符
Ø istream 和 ostream 是 C++ 的预定义流类 
Ø cin 是 istream 的对象，cout 是 ostream 的对象
Ø 运算符 << 由ostream 重载为插入操作，用于输出基本类型数据
Ø 运算符 >> 由 istream 重载为提取操作，用于输入基本类型数据
Ø 用友员函数重载 << 和 >> ，输出和输入用户自定义的数据类型
a）用全局函数方法实现 << 操作符 
ostream& operator<<(ostream &out, Complex &c1)
{ //out<<"12345，生活真是苦"<<endl;
out<<c1.a<<"+ "<<c1.b<<"i "<<endl;
return out;
}
//调用方法
cout<<c1;
//链式编程支持
cout<<c1<<"abcc";
//cout.operator<<(c1).operator<<("abcd");
//函数返回值充当左值 需要返回一个引用
b）类成员函数方法无法实现 <<操作符重载
//因拿到cout这个类的源码
//cout.operator<<(c1);
3） 友元函数重载操作符使用注意点
a） 友员函数重载运算符常用于运算符的左右操作数类型不同的情况
b）其他
Ø 在第一个参数需要隐式转换的情形下，使用友员函数重载运算符是正确的选择
Ø 友员函数没有 this 指针，所需操作数都必须在参数表显式声明，很容易实现类型的隐式转换
Ø C++中不能用友员函数重载的运算符有
= （） ［］ －>

请问：为什么运算法重载成员函数只有一个参数，而友元函数有两个？

由于成员函数有指向对象的this指针，可以通过对象传递参数；而友元函数没有this指针，所以必须要两个参数。（针对二元操作符重载而言）

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