C++ 运算符重载与操作符重载

目录

运算符重载

运算符重载的特性

其他运算符重载的实现

默认成员函数——赋值运算符重载

默认成员函数——取地址操作符重载

const成员

附录

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;
}

 

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