C++主要操作符重載的定義和總結
C++中預定義的運算符的操作對象只能是基本數據類型，實際上，對於很多用戶自定義類型，也需要有類似的運算操作。例如：
class complex
{
public:
complex(double r=0.0,double I=0.0){real=r;imag=I;}
void display();
private:
double real;
double imag;
};
complex a(10,20),b(5,8);
“a+b”運算如何實現？這時候我們需要自己編寫程序來說明“+”在作用於complex類對象時，該實現什麽樣的功能，這就是運算符重載。運算符重載是對已有的運算符賦予多重含義，使同一個運算符作用於不同類型的數據導致不同類型的行為。
運算符重載的實質是函數重載。在實現過程中，首先把指定的運算表達式轉化為對運算符函數的調用，運算對象轉化為運算符函數的實參，然後根據實參的類型來確定需要調用達標函數，這個過程愛編譯過程中完成。
一、 運算符重載的規則
運算符重載規則如下：
①、 C++中的運算符除了少數幾個之外，全部可以重載，而且只能重載C++中已有的運算符。
②、 重載之後運算符的優先級和結合性都不會改變。
③、 運算符重載是針對新類型數據的實際需要，對原有運算符進行適當的改造。一般來說，重載的功能應當與原有功能相類似，不能改變原運算符的操作對象個數，同時至少要有一個操作對象是自定義類型。
不能重載的運算符只有五個，它們是：成員運算符“.”、指針運算符“*”、作用域運算符“：：”、“sizeof”、條件運算符“？：”。
運算符重載形式有兩種，重載為類的成員函數和重載為類的友元函數。
運算符重載為類的成員函數的一般語法形式為：
函數類型 operator 運算符（形參表）
{
函數體；
}
運算符重載為類的友元函數的一般語法形式為：
friend 函數類型 operator 運算符（形參表）
{
函數體；
}
其中，函數類型就是運算結果類型；operator是定義運算符重載函數的關鍵字；運算符是重載的運算符名稱。
當運算符重載為類的成員函數時，函數的參數個數比原來的操作個數要少一個；當重載為類的友元函數時，參數個數與原操作數個數相同。原因是重載為類的成員函數時，如果某個對象使用重載了的成員函數，自身的數據可以直接訪問，就不需要再放在參數表中進行傳遞，少了的操作數就是該對象本身。而重載為友元函數時，友元函數對某個對象的數據進行操作，就必須通過該對象的名稱來進行，因此使用到的參數都要進行傳遞，操作數的個數就不會有變化。
運算符重載的主要優點就是允許改變使用於系統內部的運算符的操作方式，以適應用戶自定義類型的類似運算。
二、
對於雙目運算符B，如果要重載B為類的成員函數，使之能夠實現表達式oprd1 B oprd2,其中oprd1為類A的對象，則應當把B重載為A類的成員函數，該函數只有一個形參，形參的類型是oprd2所屬的類型。經過重載後，表達式oprd1 B oprd2 就相當於函數調用oprd1.operator B(oprd2).
對於前置單目運算符U，如“-”（負號）等，如果要重載U為類的成員函數，用來實現表達式U oprd，其中oprd為A類的對象，則U應當重載為A類的成員函數，函數沒有形參。經過重載之後，表達式U oprd相當於函數調用oprd.operator U().
對於後置運算符“++”和“- -”，如果要將它們重載為類的成員函數，用來實現表達式oprd++或oprd--，其中oprd為A類的對象，那麽運算符就應當重載為A類的成員函數，這時函數要帶有一個整型形參。重載之後，表達式oprd++和oprd—就想當於函數調用oprd.operator++(0)和oprd.operator—(0);
運算符重載就是賦予已有的運算符多重含義。通過重新定義運算符，使它能夠用於特定類的對象執行特定的功能，這便增強了C++語言的擴充能力。
1. 運算符重載的作用:
運算符重載允許C/C++的運算符在用戶定義類型(類)上擁有一個用戶定義的意義。重載的運算符是函數調用的語法修飾：
class Fred
{
public:
// ...
};
#if 0
// 沒有算符重載：
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
// 有算符重載：
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. 可以用作重載的運算符:
算術運算符：+,-,*,/,%,++,--;
位操作運算符：&,|,~,^,＜＜,＞＞
邏輯運算符：!,&&,||;
比較運算符：＜,＞,＞=,＜=,==,!=;
賦值運算符：=,+=,-=,*=,/=,%=,&=,|=,^=,＜＜=,＞＞=;
其他運算符：[],(),-＞,,(逗號運算符),new,delete,new[],delete[],-＞*。
下列運算符不允許重載：
.,.*,::,?:
3. 運算符重載後，優先級和結合性:
用戶重載新定義運算符，不改變原運算符的優先級和結合性。這就是說，對運算符重載不改變運算符的優先級和結合性，並且運算符重載後，也不改變運算符的語法結構，即單目運算符只能重載為單目運算符，雙目運算符只能重載雙目運算符。
4. 編譯程序如何選用哪一個運算符函數:
運算符重載實際是一個函數，所以運算符的重載實際上是函數的重載。編譯程序對運算符重載的選擇，遵循著函數重載的選擇原則。當遇到不很明顯的運算時，編譯程序將去尋找參數相匹配的運算符函數。
5. 重載運算符有哪些限制:
(1) 不可臆造新的運算符。必須把重載運算符限制在C++語言中已有的運算符範圍內的允許重載的運算符之中。
(2) 重載運算符堅持4個“不能改變”。
·不能改變運算符操作數的個數；
·不能改變運算符原有的優先級；
·不能改變運算符原有的結合性；
·不能改變運算符原有的語法結構。
6. 運算符重載時必須遵循哪些原則:
運算符重載可以使程序更加簡潔，使表達式更加直觀，增加可讀性。但是，運算符重載使用不宜過多，否則會帶來一定的麻煩。
(1) 重載運算符含義必須清楚。
(2) 重載運算符不能有二義性。
運算符重載函數的兩種形式
運算符重載的函數一般地采用如下兩種形式：成員函數形式和友元函數形式。這兩種形式都可訪問類中的私有成員。
1. 重載為類的成員函數
這裏先舉一個關於給復數運算重載復數的四則運算符的例子。復數由實部和虛部構造，可以定義一個復數類，然後再在類中重載復數四則運算的運算符。先看以下源代碼：
#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;
}
該程序的運行結果為：
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，類complex定義了4個成員函數作為運算符重載函數。將運算符重載函數說明為類的成員函數格式如下：
＜類名＞ operator ＜運算符＞(＜參數表＞)
其中，operator是定義運算符重載函數的關鍵字。
程序中出現的表達式：
c1+c2
編譯程序將給解釋為：
c1.operator+(c2)
其中，c1和c2是complex類的對象。operator+()是運算+的重載函數。
該運算符重載函數僅有一個參數c2。可見，當重載為成員函數時，雙目運算符僅有一個參數。對單目運算符，重載為成員函數時，不能再顯式說明參數。重載為成員函數時，總時隱含了一個參數，該參數是this指針。this指針是指向調用該成員函數對象的指針。
2. 重載為友元函數:
運算符重載函數還可以為友元函數。當重載友元函數時，將沒有隱含的參數this指針。這樣，對雙目運算符，友元函數有2個參數，對單目運算符，友元函數有一個參數。但是，有些運行符不能重載為友元函數，它們是：=,(),[]和-＞。
重載為友元函數的運算符重載函數的定義格式如下：
friend ＜類型說明符＞ operator ＜運算符＞(＜參數表＞)
{……}
下面用友元函數代碼成員函數，重載編寫上述的例子，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;
}
該程序的運行結果與上例相同。前面已講過，對又目運算符，重載為成員函數時，僅一個參數，另一個被隱含；重載為友元函數時，有兩個參數，沒有隱含參數。因此，程序中出現的 c1+c2
編譯程序解釋為：
operator+(c1, c2)
調用如下函數，進行求值，
complex operator +(const coplex &c1, const complex &c2)
3. 兩種重載形式的比較
一般說來，單目運算符最好被重載為成員；對雙目運算符最好被重載為友元函數，雙目運算符重載為友元函數比重載為成員函數更方便此，但是，有的雙目運算符還是重載為成員函數為好，例如，賦值運算符。因為，它如果被重載為友元函數，將會出現與賦值語義不一致的地方。 其他運算符的重載舉例
1).下標運算符重載
由於C語言的數組中並沒有保存其大小，因此，不能對數組元素進行存取範圍的檢查，無法保證給數組動態賦值不會越界。利用C++的類可以定義一種更安全、功能強的數組類型。為此，為該類定義重載運算符[]。
下面一個例子：
#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;
}
該數組類的優點如下：
(1) 其大小不一定是一個常量。
(2) 運行時動態指定大小可以不用運算符new和delete。
(3) 當使用該類數組作函數參數時，不心分別傳遞數組變量本身及其大小，因為該對象中已經保存大小。
在重載下標運算符函數時應該註意：
(1) 該函數只能帶一個參數，不可帶多個參數。
(2) 不得重載為友元函數，必須是非static類的成員函數。 2). 重載增1減1運算符.
增1減1運算符是單目運算符。它們又有前綴和後綴運算兩種。為了區分這兩種運算，將後綴運算視為又目運算符。表達式
obj++或obj--
被看作為：
obj++0或obj--0
下面舉一例子說明重載增1減1運算符的應用。
#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). 重載函數調用運算符
可以將函數調用運算符()看成是下標運算[]的擴展。函數調用運算符可以帶0個至多個參數。下面通過一個實例來熟悉函數調用運算符的重載。
#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;
}
C++主要操作符重載的定義和總結