c++学习笔记_4

前言：本笔记所对应的课程为中国大学mooc中北京大学的程序设计与算法（三）C++面向对象程序设计，主要供自己复习使用，且本笔记建立在会使用c和java的基础上，只针对与c和java的不同来写

运算符重载

运算符重载的基本概念

1. 目的：希望使对象也能用基本的运算符进行运算。本质上是函数重载。

2. 可以将运算符重载为普通函数，也可以重载为成员函数。

3. 一个运算符可以被多次重载，根据实参的具体类型决定调用哪个重载函数。

4. 格式：

   返回值类型 operator运算符符号(参数表){

   }

实例：

class Complex{
    public:
        double real, imag;
        Complex(double r = 0.0, double i = 0.0):real(r), imag(i){

        }
        Complex operator-(const Complex & c);
};
Complex operator+(const Complex & c1, const Complex & c2){
    return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.imag);
} //当重载为普通函数时，参数个数为运算符目数
Complex Complex::operator-(const Complex & c){
    return Complex(real-c.real, imag-c.imag);
} //当重载为成员函数时，参数个数为运算符目数减一

int main(){
    Complex a(4, 4), b(1, 1), c, d;
    c = a + b; //等价于 c = operator+(a, b);
    d = a - b; //等价于 d = a.operator-(b);
}

赋值运算符的重载

赋值运算符只能重载为成员函数。

实例：

# include <iostream>
# include <cstring>

using namespace std;

class String{
    private:
        char * str;
    public:
        String():str(new char[1]) { str = 0; }
        String(String & s){
            str = new char[strlen(s.str)+1];
            strcpy(str, s.str);
        }

        long long adderss() {
        	return (long long)(&str);
		}
        const char * c_str() { return str; }

        String & operator=(const char * s);
        String & operator=(const String & s);

        ~String() { delete [] str; }
};

String & String::operator=(const char * s){

    //该函数的作用是可以使“obj = "hello"”这样的语句成立（和类型转换构造函数是有区别的）。
    delete [] str;
    str = new char[strlen(s)+1];
    strcpy(str, s);
    return * this;
}

String & String::operator=(const String & s){

    //这一句是防止出现 s = s 的情况。
    if(this == &s)
        return * this;
    delete [] str;
    str = new char[strlen(s.str)+1];
    strcpy(str, s.str);
    return * this;
}

int main(){
    String s;
    s = "good luck";
    cout << s.c_str() << endl;

    //等价于s.operator=("good luck");

    //String s2 = "hello";
    //这一句是错的，原因：这里的等号不是赋值号，而是“类型转换构造函数”的赋初值法，由于没有写“类型转换构造函数”，因此不会通过。

    String s3, s4;
    s3 = "first";
    s4 = "second";
    cout << s3.adderss() << endl;
	cout << s4.adderss() << endl;
    s3 = s4;
    cout << s3.adderss() << endl;
	cout << s4.adderss() << endl;
    cout << s3.c_str() << endl;
	cout << s4.c_str() << endl;

    //直接让同一类的两对象相等时，会让s3中每一成员变量的值去等于s4中对应的每一成员变量的值。由于String的成员变量str是指针，因此直接让s3 = s4的话会导致指向同一内存区域，后续进行其他操作时有很大隐患。因此要额外增加一赋值运算符重载函数。
    //这里的address()函数用以检查str的地址是否也被赋值

    String s5 = s;
    cout << s5.c_str() << endl;

    //注意这里的等号不是赋值号，而是调用“复制构造函数”赋初值。等价于"String s5(s); "。同理由于String的成员变量str是指针，如果使用默认的“复制构造函数”，会产生上述同样的问题，因此要额外写一个“复制构造函数”。

    return 0;
}

注意，对于operator=的返回值类型，应该是String &，而不是void或是String

运算符重载为友元

目的：我们一般将运算符重载为成员函数，但有时会出现不够用的情况，因此需要将运算符重载为友元。

实例：

class Complex{
    public:
        double real, imag;
        Complex(double r = 0.0, double i = 0.0):real(r), imag(i){ }
        Complex operator+(double r){
            return Complex(real + r, imag);
        } //(1)
        friend Complex operator+(double r, Complex & c); //(2)
};

Complex operator+(double r, Complex & c){
    return Complex(c.real + r, c.imag);
}

int main(){
    Complex c;
    c = c + 5; //调用(1)
    c = 5 + c; //调用(2)
}

可变长数组类的实现

实现方法：重载[]运算符。具体代码暂略。

流插入运算符和流提取运算符的重载

1. cout是在iostream中定义的，ostream类的对象；cin是istream类的对象。
2. 一般将重载函数设为全局函数，如果需要用到某对象中的private变量，则可以声明为friend

实例：

# include <iostream>

using namespace std;

class Student{
    private:
        int age;
        friend ostream & operator << (ostream & o, const Student & s);
    public:
        Student(int n):age(n) {};
};

ostream & operator << (ostream & o, const Student & s){
    o << s.age;
    return o;
}

int main(){
    Student s(5);
    cout << s << " years old" << endl;
    return 0;
} 

类型转换运算符的重载

1. 注意强制类型转换函数的书写形式，不用写返回类型
2. 在存在某强制类型转换函数的情况下，如果某些地方使用了该强制类型转换函数可以使程序正确运行，那么会发生隐式的强制类型转换。

实例：

# include <iostream>

using namespace std;

class Complex{
    private:
        double real, imag;
    public:
        Complex(double r, double i):real(r), imag(i) {}
        operator double (){
            return real;
        }
        //注意强制类型转换函数的书写形式
};

int main(){
    Complex c(5, 4);
    cout << (double)c << endl;
    double n = 2 + c; //这里会发生自动的强制类型转换，等价于n = 2 + c.operator double();
    cout << n << endl;
    return 0;
}

自增自减运算符的重载

1. 由于自增自减运算符有前置与后置之分，因此两者写法不同：前置运算符需要作为一元运算符重载，后置运算符需要作为二元运算符重载（增加一个无用的int参数）具体用法如下面实例所示。
2. 在只写了前置的重载函数，而没有写后置的重载函数时，如果调用后置运算（例如obj++)，在vs中会调用前置重载，在dev中会编译出错。

实例：

# include <iostream>

using namespace std;

class Complex{
	private:
		double real, imag;
	public:
		Complex(double r, double i):real(r), imag(i){ };

		//前置成员函数写法：返回值为对象的引用
		Complex & operator ++ (){
			++real;
			return *this;
		}
		//后置成员函数写法：多了一个无用的int参数，返回值为新的对象
		Complex operator ++ (int){
			Complex temp(*this);
			++real;
			return temp;
		}
		friend Complex & operator -- (Complex & c);
		friend Complex operator -- (Complex & c, int); 

		friend ostream & operator << (ostream & o, const Complex & c);
}; 

//前置全局函数写法
Complex & operator -- (Complex & c){
	--c.real;
	return c;
}

//后置全局函数写法
Complex operator -- (Complex & c, int){
	Complex temp(c);
	--c.real;
	return temp;
}

ostream & operator << (ostream & o, const Complex & c){
	o << c.real;
	return o;
}

int main(){
	Complex d(5, 4);

	cout << (d++) << ",";
	cout << d << ",";
	cout << (++d) << ",";
	cout << d << endl;

	cout << (d--) << ",";
	cout << d << ",";
	cout << (--d) << ",";
	cout << d << endl;

	//输出结果应为：
	//5,6,7,7
	//7,6,5,5
	return 0;
}

其他注意事项：

1. c++不允许定义新的运算符。
2. 重载后的运算符含义应符合日常习惯。
3. 运算符重载不改变运算符的优先级。
4. 一下运算符不可被重载： . .* :: ?: sizeof
5. 重载运算符() [] -> =时，运算符重载函数必须声明为类的成员函数。