C++_运算符重载

什么是运算符的重载?

         运算符与类结合，产生新的含义。 

为什么要引入运算符重载？

         作用：为了实现类的多态性(多态是指一个函数名有多种含义)

怎么实现运算符的重载？

方式：类的成员函数 或 友元函数（类外的普通函数）

规则：不能重载的运算符有 .  和 .* 和 ?: 和 ::  和 sizeof

友元函数和成员函数的使用场合：一般情况下，建议一元运算符使用成员函数，二元运算符使用友元函数

        1、运算符的操作需要修改类对象的状态，则使用成员函数。如需要做左值操作数的运算符（如=，+=，++）

        2、运算时，有数和对象的混合运算时，必须使用友元

        3、二元运算符中，第一个操作数为非对象时，必须使用友元函数。如输入输出运算符<<和>>

具体规则如下：

运算符	建议使用
所有一元运算符	成员函数
＝ ( ) [ ]  ->	必须是成员函数
+= -= /= *= ^= &= != %= >>= <<= , 似乎带等号的都在这里了.	成员函数
所有其它二元运算符, 例如: –,+,*,/	友元函数
<< >>	必须是友元函数

2. 参数和返回值

     当参数不会被改变，一般按const引用来传递(若是使用成员函数重载，函数也为const).

     对于返回数值的决定:

     1) 如果返回值可能出现在=号左边, 则只能作为左值, 返回非const引用。

     2) 如果返回值只能出现在=号右边, 则只需作为右值, 返回const型引用或者const型值。

     3) 如果返回值既可能出现在=号左边或者右边, 则其返回值须作为左值, 返回非const引用。

运算符重载举例：

+和 -运算符的重载：

class Point
{
private:
    int x;
public:
    Point(int x1)
    {   x=x1;}
    Point(Point& p)
    {   x=p.x;}
    const Point operator+(const Point& p);//使用成员函数重载加号运算符
    friend const Point operator-(const Point& p1,const Point& p2);//使用友元函数重载减号运算符
};

const Point Point::operator+(const Point& p)
{
    return Point(x+p.x);
}

Point const operator-(const Point& p1,const Point& p2)
{
    return Point(p1.x-p2.x);
}

调用:

Point a(1);
Point b(2);
a+b;  //正确，调用成员函数
a-b;  //正确，调用友元函数
a+1;  //正确，先调用类型转换函数，把1变成对象，之后调用成员函数
a-1;  //正确，先调用类型转换函数，把1变成对象，之后调用友元函数
1+a;  //错误，调用成员函数时，第一个操作数必须是对象，因为第一个操作数还有调用成员函数的功能
1-a;  //正确，先类型转换 后调用友元函数

总结：

1、由于+ -都是出现在=号的右边，如c=a+b，即会返回一个右值，可以返回const型值
2、后几个表达式讨论的就是，数和对象混合运算符的情况，一般出现这种情况，常使用友元函数

3、双目运算符的重载：

      重载运算符函数名：operator@(参数表)

      隐式调用形式：obj1+obj2

      显式调用形式：obj1.operator+(OBJ obj2)---成员函数

                                  operator+(OBJ obj1，OBJ obj2)---友元函数

      执行时，隐式调用形式和显式调用形式都会调用函数operator+()

++和--运算符的重载：

class Point
{
private:
    int x;
public:
    Point(int x1)
    {   x=x1;}
    Point operator++();//成员函数定义自增
    const Point operator++(int x); //后缀可以返回一个const类型的值
    friend Point operator--(Point& p);//友元函数定义--
    friend const Point operator--(Point& p,int x);//后缀可以返回一个const类型的值
};

Point Point::operator++()//++obj
{
    x++;
    return *this;
}
const Point Point::operator++(int x)//obj++
{
    Point temp = *this;
    this->x++;
    return temp;
}
Point operator--(Point& p)//--obj
{
    p.x--;
    return p;
         //前缀形式(--obj)重载的时候没有虚参,通过引用返回*this 或 自身引用,也就是返回变化之后的数值
}
const Point operator--(Point& p,int x)//obj--
{
    Point temp = p;
    p.x--;
    return temp;
         // 后缀形式obj--重载的时候有一个int类型的虚参, 返回原状态的拷贝
}

函数调用：

<pre class="cpp" name="code">Point a(1);
Point b(2);
a++;//隐式调用成员函数operator++(0),后缀表达式
++a;//隐式调用成员函数operator++(),前缀表达式
b--;//隐式调用友元函数operator--(0),后缀表达式
--b;//隐式调用友元函数operator--(),前缀表达式
cout<<a.operator ++(2);//显式调用成员函数operator ++(2)，后缀表达式
cout<<a.operator ++();//显式调用成员函数operator ++()，前缀表达式
cout<<operator --(b,2);//显式调用友元函数operator --(2)，后缀表达式
cout<<operator --(b);//显式调用友元函数operator --()，前缀表达式 </pre>

 总结：

1、a++

       函数返回：temp(临时变量)

       函数返回是否是const类型：返回是一个拷贝后的临时变量)，不能出现在等号的左边(临时变量不能做左值)，函数的结果只能做右值，则要返回一个const类型的值

      ++a

       函数返回：*this;

      函数返回是否是const类型：返回原状态的本身，返回值可以做左值，即函数的结果可以做左值，则要返回一个非const类型的值

2、前后缀仅从函数名(operator++)无法区分，只能有参数区分，这里引入一个虚参数int x，x可以是任意整数。

3、单目运算符的重载：

      重载运算符函数名：operator@(参数表)

      隐式调用形式：obj1@  或 @obj1

      显式调用形式：

             成员函数:

                    obj1.operator@( )//前缀

                    obj1.operator@(0)//后缀

             友元函数:

                    operator@(OBJ obj)//前缀

                    operator@(OBJ obj,int x)//后缀

      执行时，隐式调用形式和显式调用形式都会调用函数operator@()

 重载下标运算符[ ]

class Point
{
private:
    int x[5];
public:
    Point()
    {
        for (int i=0;i<5;i++)
        {
            x[i]=i;
        }
    }
    int& operator[](int y);
};
int& Point::operator[](int y)
{
    static int t=0;
    if (y<5)
    {
        return x[y];
    }
    else
    {
        cout<<"下标出界";
        return t;
    }
}

调用：

Point a;
for (int i=0;i<10;i++)
{
         cout<<a[i]<<endl;//无论i下标是否越界，每当使用a[i]时，都会调用[]的重载
}
a[0]=10;

重载下标运算符[ ]的目的：

          1、对象[x]  类似于 数组名[x]，更加符合习惯

          2、可以对下标越界作出判断

语法：

        重载方式：只能使用成员函数重载

        函数名：operator[ ](参数表)

        参数表：一个参数，且仅有一个参数，该参数设定了下标值，通常为整型，但是也可以为字符串( 看成下标)。

        函数调用：显式调用：Obj[arg]-对象[下标]

                              隐式调用：obj.operator[ ](arg)  

        返回类型：

               1、返回函数引用 + 返回成员的实际类型（由程序员根据函数体定义）

               2、因为返回值可以做左值和右值，应该不使用返回值为const类型

                     但是，为了能访问const对象，下标运算符重载有非const和const两个版本。（待定写）

 如：int&  Point::operator[](int y)//为什么使用返回引用：返回的值可以做左值，也可以做右值，则必须使用返回引用

 重载运算符( )

class Point
{
private:
    int x;
public:
    Point(int x1)
    {   x=x1;}
    const int operator()(const Point& p);
};

const int Point::operator()(const Point& p)
{
    return (x+p.x);
}

调用：
Point a(1);
Point b(2);
cout<<a(b);

重载运算符( )的目的：

          1、对象( )  类似于 函数名(x)，更加符合习惯

语法：

        重载方式：只能使用成员函数重载

        重载后还可以继续重载

        函数名：operator( )(参数表)

        参数表：参数随意，具体根据实际情况而定。

        函数调用：显式调用：Obj(x)

                            隐式调用：obj.operator( )(x)  

        返回类型：

               1、返回成员的实际类型随意，具体由程序员根据函数体定义

               2、因为返回值只能做右值，只读，应该使用返回值为const类型

重载输入输出操作符<< >>

class Point
{
private:
    int x;
public:
    Point(int x1)
    {   x=x1;}
    friend ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p);//使用友元函数重载<<输出运算符
    friend istream& operator>>(istream& cin,Point& p);//使用友元函数重载>>输出运算符
};
ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)
{
    cout<<p.x<<endl;
    return cout;
}
istream& operator>>(istream& cin,Point& p)
{
    cin>>p.x;
    return cin;
}

调用：
Point a(1);
Point b(2);
cin>>a>>b;
cout<<a<<b<<endl;

语法：

重载方式：只能使用友元函数重载 且 使用三个引用&

函数名：

       输出流： operator<<(参数表)

       输入流：operator>>(参数表)

参数表：固定（容易出错啊），两个参数均用引用&

       输出流： 必须是两个参数：对输出流ostream& 和 对象

                        第一个操作数cout，定义在文件iostream中，是标准类类型ostream的对象的引用。

                        如：ostream& cout,const Point& p

       输入流：必须是两个参数：对输入流ostream& 和 对象

                       第一个操作数是cin，定义在文件iostream，实际上是标准类类型istream的对象的引用

                       如：instream& cin,const Point& p

函数调用：

       输出流： 显式调用：cout<<对象

                        隐式调用： operator<<(cout，对象)

       输入流：显式调用：cin>>对象

                        隐式调用： operator>>(cin，对象)

返回类型：返回类型固定 + 使用返回函数引用（满足连续输出）

       输出流： 返回ostream&

                        如：ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)

       输入流：返回：istream&

                        如：istream& operator>>(istream& cin,Point& p)

注意：为什么输入输出操作符的重载必须使用友元函数？

因为：成员函数要求是有对象调用，则第一个参数必须是类的对象，但是<<和>>第一个参数是流的对象引用。

故，不能使用成员函数