运算符重载

这里写目录标题

    • 运算符重载
    • 在全局范围内重载运算符
    • 运算符重载时要遵循的规则
      • 运算符重载到底以成员函数的形式更好还是全局函数（友元函数）的形式更好
      • 重载++
      • 例题（属于友元函数的 运算符重载函数）

运算符重载

运算符重载其实就是定义一个函数，在函数体内实现想要的功能，当用到该运算符时，编译器会自动调用这个函数。也就是说，运算符重载是通过函数实现的，它本质上是函数重载。

// complex类内
public://声明运算符重载complex operator+(const complex &A) const;

//实现运算符重载
complex complex::operator+(const complex &A) const{complex B;B.m_real = this->m_real + A.m_real;B.m_imag = this->m_imag + A.m_imag;return B;
}

运算符重载的格式为：

返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){
//TODO:
}

operator是关键字，专门用于定义重载运算符的函数。我们可以将operator 运算符名称这一部分看做函数名，对于上面的代码，函数名就是operator+。

运算符重载函数除了函数名有特定的格式，其它地方和普通函数并没有区别。

上面的例子中，我们在 complex 类中重载了运算符+，该重载只对 complex 对象有效。当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号左边（+号具有左结合性，所以先检测左边）是一个 complex 对象，就会调用成员函数operator+()，也就是转换为下面的形式：

c3 = c1.operator+(c2);

c1 是要调用函数的对象，c2 是函数的实参。

上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式：

complex complex::operator+(const complex &A)const{return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);
}

return 语句中的complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)会创建一个临时对象，这个对象没有名称，是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数，return 语句将该临时对象作为函数返回值。

在全局范围内重载运算符

运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数，还可以作为全局函数。更改上面的代码，在全局范围内重载+，实现复数的加法运算：

//在全局范围内重载+
complex operator+(const complex &A, const complex &B){complex C;C.m_real = A.m_real + B.m_real;C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;return C;
}

当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号两边都是 complex 对象，就会转换为类似下面的函数调用：

 c3 = operator+(c1, c2);

完整代码

#include <iostream>
using namespace std;class complex{
public:complex();complex(double real, double imag);
public:void display() const;//声明为友元函数friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
private:double m_real;double m_imag;
};complex operator+(const complex &A, const complex &B);complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
void complex::display() const{cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}//在全局范围内重载+
complex operator+(const complex &A, const complex &B){complex C;C.m_real = A.m_real + B.m_real;C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;return C;
}int main(){complex c1(4.3, 5.8);complex c2(2.4, 3.7);complex c3;c3 = c1 + c2;c3.display();return 0;
}

运算符重载函数不是 complex 类的成员函数，但是却用到了 complex 类的 private 成员变量，所以必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数。

运算符重载时要遵循的规则

四则运算符（+、-、、/、+=、-=、=、/=）和关系运算符（>、<、<=、>=、==、!=）都是数学运算符，它们在实际开发中非常常见，被重载的几率也很高，并且有着相似的重载格式。本节以复数类 Complex 为例对它们进行重载，重在演示运算符重载的语法以及规范。

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;//复数类
class Complex{
public:  //构造函数Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }
public:  //运算符重载//以全局函数的形式重载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 bool operator==(const Complex &c1, const Complex &c2);friend bool operator!=(const Complex &c1, const Complex &c2);//以成员函数的形式重载Complex & operator+=(const Complex &c);Complex & operator-=(const Complex &c);Complex & operator*=(const Complex &c);Complex & operator/=(const Complex &c);
public:  //成员函数double real() const{ return m_real; }double imag() const{ return m_imag; }
private:double m_real;  //实部double m_imag;  //虚部
};//重载+运算符
Complex operator+(const Complex &c1, const Complex &c2){Complex c;c.m_real = c1.m_real + c2.m_real;c.m_imag = c1.m_imag + c2.m_imag;return c;
}
//重载-运算符
Complex operator-(const Complex &c1, const Complex &c2){Complex c;c.m_real = c1.m_real - c2.m_real;c.m_imag = c1.m_imag - c2.m_imag;return c;
}
//重载*运算符  (a+bi) * (c+di) = (ac-bd) + (bc+ad)i
Complex operator*(const Complex &c1, const Complex &c2){Complex c;c.m_real = c1.m_real * c2.m_real - c1.m_imag * c2.m_imag;c.m_imag = c1.m_imag * c2.m_real + c1.m_real * c2.m_imag;return c;
}
//重载/运算符  (a+bi) / (c+di) = [(ac+bd) / (c²+d²)] + [(bc-ad) / (c²+d²)]i
Complex operator/(const Complex &c1, const Complex &c2){Complex c;c.m_real = (c1.m_real*c2.m_real + c1.m_imag*c2.m_imag) / (pow(c2.m_real, 2) + pow(c2.m_imag, 2));c.m_imag = (c1.m_imag*c2.m_real - c1.m_real*c2.m_imag) / (pow(c2.m_real, 2) + pow(c2.m_imag, 2));return c;
}
//重载==运算符
bool operator==(const Complex &c1, const Complex &c2){if( c1.m_real == c2.m_real && c1.m_imag == c2.m_imag ){return true;}else{return false;}
}
//重载!=运算符
bool operator!=(const Complex &c1, const Complex &c2){if( c1.m_real != c2.m_real || c1.m_imag != c2.m_imag ){return true;}else{return false;}
}//重载+=运算符
Complex & Complex::operator+=(const Complex &c){this->m_real += c.m_real;this->m_imag += c.m_imag;return *this;
}
//重载-=运算符
Complex & Complex::operator-=(const Complex &c){this->m_real -= c.m_real;this->m_imag -= c.m_imag;return *this;
}
//重载*=运算符
Complex & Complex::operator*=(const Complex &c){this->m_real = this->m_real * c.m_real - this->m_imag * c.m_imag;this->m_imag = this->m_imag * c.m_real + this->m_real * c.m_imag;return *this;
}
//重载/=运算符
Complex & Complex::operator/=(const Complex &c){this->m_real = (this->m_real*c.m_real + this->m_imag*c.m_imag) / (pow(c.m_real, 2) + pow(c.m_imag, 2));this->m_imag = (this->m_imag*c.m_real - this->m_real*c.m_imag) / (pow(c.m_real, 2) + pow(c.m_imag, 2));return *this;
}int main(){Complex c1(25, 35);Complex c2(10, 20);Complex c3(1, 2);Complex c4(4, 9);Complex c5(34, 6);Complex c6(80, 90);Complex c7 = c1 + c2;Complex c8 = c1 - c2;Complex c9 = c1 * c2;Complex c10 = c1 / c2;cout<<"c7 = "<<c7.real()<<" + "<<c7.imag()<<"i"<<endl;cout<<"c8 = "<<c8.real()<<" + "<<c8.imag()<<"i"<<endl;cout<<"c9 = "<<c9.real()<<" + "<<c9.imag()<<"i"<<endl;cout<<"c10 = "<<c10.real()<<" + "<<c10.imag()<<"i"<<endl;c3 += c1;c4 -= c2;c5 *= c2;c6 /= c2;cout<<"c3 = "<<c3.real()<<" + "<<c3.imag()<<"i"<<endl;cout<<"c4 = "<<c4.real()<<" + "<<c4.imag()<<"i"<<endl;cout<<"c5 = "<<c5.real()<<" + "<<c5.imag()<<"i"<<endl;cout<<"c6 = "<<c6.real()<<" + "<<c6.imag()<<"i"<<endl;if(c1 == c2){cout<<"c1 == c2"<<endl;}if(c1 != c2){cout<<"c1 != c2"<<endl;}return 0;
}

复数能够进行完整的四则运算，但不能进行完整的关系运算：我们只能判断两个复数是否相等，但不能比较它们的大小，所以不能对 >、<、<=、>= 进行重载。

需要注意的是，我们以全局函数的形式重载了 +、-、、/、==、!=，以成员函数的形式重载了 +=、-=、=、/=，而且应该坚持这样做，不能一股脑都写作成员函数或者全局函数

运算符重载到底以成员函数的形式更好还是全局函数（友元函数）的形式更好

C++ 规定，箭头运算符->、下标运算符[ ]、函数调用运算符( )、赋值运算符=只能以成员函数的形式重载。

  • 1.全局函数的形式重载 +、-、*、/、==、!=

解释一：C++ 只会对成员函数的参数进行类型转换，而不会对调用成员函数的对象进行类型转换

假设 在成员函数中 对+进行重载

public:Complex operator+(const Complex& c1)const;

//类外实现
Complex Complex::operator+(const Complex& c1)const {Complex c3;c3.m_real = this->m_real + c1.m_real;c3.m_imag = this->m_imag + c1.m_imag;return c3;

 Complex c1(25, 35);Complex c2 = c1 + 15.6;cout <<"c2" << c2.real() << " + " << c2.imag() << "i" << endl;// Complex c3 = 15.6 + c1;// cout <<"c3" << c3.real() << " + " << c3.imag() << "i" << endl;

上述代码执行Complex c2 = c1 + 15.6;编译器检测到+号左边（+号具有左结合性，所以先检测左边）是一个 complex 对象，就会调用成员函数operator+()。检测到15.6是一个double。于是自动调用Complex(double real)这个转换构造函数。最后执行成功。

但是如果执行Complex c3 = 15.6 + c1;就会发生错误了，因为 double 类型并没有以成员函数的形式重载 +。

也就是说，以成员函数的形式重载 +，只能计算c1 + 15.6，不能计算15.6 + c1。
全局函数形式重载

public:friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);

Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2) {Complex c;c.m_real = c1.m_real + c2.m_real;c.m_imag = c1.m_imag + c2.m_imag;return c;
}

C++ 只会对成员函数的参数进行类型转换，而不会对调用成员函数的对象进行类型转换

解释二：
若在成员函数

class Complex
{double real,imag;public:Complex(double r,double i):real(r),imag(i) { };Complex operator+ (double r);
};
Complex Complex::operator+(double r)
{return Complex(real + r,imag);
}

可以解释Complex c; c = c + 5,相当于 c=c.operator+(5) 但是不能解释c = 5 + c,所以将运算符重载为普通函数，此时参数个数就是原生运算符的目数，而不是目数减一，但不能访问对象的私有成员，所以要在类中将函数声明为友元函数。

class Complex
{double real,imag;public:Complex(double r,double i):real(r),imag(i) { };Complex operator+ (double r);friend Complex operator+ (double r,const Complex & c);
};
Complex Complex::operator+(double r,const Complex & c)
{return Complex(c.real + r,c.imag);
}

其实就是，为了确定类型吧，当参数个数为运算符目数 ，运算数的顺序无所谓，可以匹配参数进行识别
当参数个数为运算符目数-1，就麻烦了，顺序匹配时ok（重载的类别在前），否则未重载的类别在前就无法进行运算
根据解释一，虽然可以对对象进行类型转换，但只能对 只会对成员函数的参数进行类型转换，而不会对调用成员函数的对象进行类型转换，所以 未重载的类别在前时，重载的对象 即调用成员函数的对象不会进行类型转换

    1. 成员函数的形式重载 +=、-=、*=、/=
      因为 += 符号不存在有数据类型颠倒的情况，且
      运算符重载的初衷是给类添加新的功能，方便类的运算，所以这类运算符首选用类的成员函数去重载。
      参考一
      参考二

重载++

stopwatch stopwatch::run(){++m_sec;if(m_sec == 60){m_min++;m_sec = 0;}return *this;
}
stopwatch stopwatch::operator++(){return run();
}
stopwatch stopwatch::operator++(int n){stopwatch s = *this;run();return s;
}

上面的代码定义了一个简单的秒表类，m_min 表示分钟，m_sec 表示秒钟，setzero() 函数用于秒表清零，run() 函数是用来描述秒针前进一秒的动作，接下来是三个运算符重载函数。

先来看一下 run() 函数的实现，run() 函数一开始让秒针自增，如果此时自增结果等于60了，则应该进位，分钟加1，秒针置零。

operator++() 函数实现自增的前置形式，直接返回 run() 函数运行结果即可。

operator++ (int n) 函数实现自增的后置形式，返回值是对象本身，但是之后再次使用该对象时，对象自增了，所以在该函数的函数体中，先将对象保存，然后调用一次 run() 函数，之后再将先前保存的对象返回。在这个函数中参数n是没有任何意义的，它的存在只是为了区分是前置形式还是后置形式。

自减运算符的重载与上面类似，这里不再赘述。

例题（属于友元函数的 运算符重载函数）

在这里插入图片描述
因为+是双目运算符，但是函数里只传了一个参数，就必然使用了this指针，那就肯定不是友元函数了

  • 因为友元函数没有当前对象，因此要定义单目运算符，就需要单参函数，要定义双目运算符，就需要双参函数；

  • 定义后置“++"或后置“–"运算是特例，它们是单目运算符，但需要两个形参，头一个形参是作用对象，后一个是int形参；

  • 用友元函数可以定义成员函数不能实现的运算，例如一些双目运算符，右操作数是本类对象，而左操作数不是本类对象；

  • 成员函数体中，当前对象作为一个操作数，无形参形式可以定义单目运算符

作者：Geng1995
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