第四章运算符重载.ppt

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1、第四章 运算符重载,4.1什么是运算符重载 4.2运算符重载的方法 4.3重载运算符的规则 4.4运算符重载函数作为类成员函数和友元函数 4.5重载双目运算符 4.6重载单目运算符 4.7重载流插入运算符和流提取运算符 4.8不同类型数据间的转换,4.1什么是运算符重载,C+ 为程序员提供了灵活的手段，让程序员自己定义类，自己设计相应的运算符（必须在已有的运算符基础上设计），使之应用于自己定义的类。与函数重载类似，对已有的运算符赋予新的含义，用一个运算符表示不同功能的运算，这就是运算符重载。 实际上，我们在此之前已经使用了运算符重载。如是C+的移位运算符，它又与流对象cout配合作为流插入运算

2、符，这是C+对进行了重载处理。,运算符重载的实质,运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义。 必要性 C+中预定义的运算符其运算对象只能是基本数据类型，而不适用于用户自定义类型（如类） 实现机制 将指定的运算表达式转化为对运算符函数的调用，运算对象转化为运算符函数的实参。 编译系统对重载运算符的选择，遵循函数重载的选择原则。,例4.1 通过成员函数实现复数的加法。 class Complex private: double real; double imag; public: Complex()real=0;imag=0; Complex(double r,double i)real=r;ima

3、g=i; Complex complex_add(Complex ,Complex Complex:complex_add(Complex ,在Complex类中定义了complex_add函数做加法，函数的参数是引用对象，作为一个加数。在函数里定义了临时对象c，两个赋值语句相当于： c.real = this-real +c2.real; c.imag = this-imag+c2.imag; 在main函数中通过对象c1调用加法函数，上面的语句相当于： c.real = c1.real +c2.real; c.imag = c1.imag+c2.imag; 能否用+运算符实现复数加法？,4

4、.2运算符重载的方法,运算符重载的方法是定义一个重载运算符函数，在需要时系统自动调用该函数，完成相应的运算。运算符重载实质上是函数的重载。运算符重载函数的格式是： 数据类型 operator 运算符(形参表) 重载处理 数据类型：是重载函数值的数据类型。 operator 是保留字,规则和限制,C+中可以重载除下列运算符外的所有运算符： . .* : ?: sizeof() 只能重载C+语言中已有的运算符，不可臆造新的。 不改变原运算符的优先级和结合性。 不能改变操作数个数。 经重载的运算符，其操作数中至少应该有一个是自定义类型。,两种形式,重载为类成员函数。 重载为友元函数。,运算符函数,声

5、明形式 函数类型 operator 运算符（形参） 重载为类成员函数时 参数个数=原操作数个数-1 （后置+、-除外） 重载为友元函数时 参数个数=原操作数个数，且至少应该有一个自定义类型的形参。,不能重载的运算符只有5个： . 成员运算符 .* 成员指针运算符 : 域运算符 sizeof 长度运算符 ?: 条件运算符 重载函数名是由operator和运算符联合组成。 复数加法运算符重载函数原型可以是： Complex operator+ (Complex 例4.2 重载运算符+，用于两个复数相加。,分析：定义一个复数类，用成员函数实现加号的重载函数。两个复数相加结果仍是复数，所以函数的返回值

6、的类型也是复数类。用成员函数实现运算符重载函数时，调用格式是“对象名.成员名”，此时对象就是一个参与运算的操作数，加法还需要另一个操作数，这个操作数用函数的参数传递，参数的类型就是复数类。而运算结果用函数值返回。,class Complex public: Complex()real=0;imag=0; Complex(double r,double i)real=r;imag=i; Complex operator + (Complex ,Complex Complex:operator + (Complex ,int main() Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;

7、 c3=c1+c2; cout“c1=“;c1.display(); cout“c2=“;c2.display(); cout“c1+c2=“;c3.display(); return 0; ,说明： （1）用运算符重载函数取代了例 4.1中的加法成员函数，从外观上看函数体和函数返回值都是相同的。 （2）在主函数中的表达式c3=c2+c1 取代了例4.1中的c3=plex_add(c2) ，编译系统将表达式c3=c1+c2 解释为 c1.operator + ( c2 ) 对象c1调用的重载函数operator + ，以c2为实参计算两个复数之和。,请考虑在例4.2中能否用一个常量和一个复数相

8、加？如 c3 = 3 + c2; / 错误 应该定义对象：Complex C1(3.0,0) ： c3 = C1 + c2; 注意：运算符重载后，其原来的功能仍然保留，编译系统根据运算表达式的上下文决定是否调用运算符重载函数。 运算符重载和类结合起来，可以在C+ 中定义使用方便的新数据类型。,4.3重载运算符的规则,（1）C+只允许已有的部分运算符实施重载。 （2）不能重载的运算符有五个。 （3）重载不改变操作数的个数。 （4）重载不改变运算符的优先级。 （5）运算符重载函数不能带默认值参数。 （6）运算符重载函数必须与自定义类型的对象联合使用，其参数至少有一个类对象或类对象引用。 （7）C+

9、默认提供 = 和 & 运算符重载。,（8）运算符重载函数可以是类成员函数也可以是类的友元函数，还可以是普通函数。 （9）C+规定赋值运算符、下标运算符、函数调用运算符必须定义为类的成员函数；而输出流插入、输入流提取、类型转换运算符不能定义为类的成员函数。,4.4运算符重载函数作为类成员函数和友元函数,在例4.2程序中对运算符+进行了重载，该例将运算符重载函数定义为复数类的成员函数。 从该程序中看到运算符重载为成员函数时，带一个类类型的形参，而另一个加数就是对象自己。 例4.3 将加法运算符重载为适用于复数加法，重载函数作为类的友元函数。,#include class Complex publi

10、c: Complex () real=0;imag=0; Complex (double r) real=r;imag=0; Complex (double r,double i) real=r;imag=i; friend Complex operator+ (Complex ,Complex operator+ (Complex ,int main() Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3; c3=c1+c2; cout“c1=“; c1.display(); cout“c2=“; c2.display(); cout“c1+c2=“; c3.display(); re

11、turn 0; ,加法运算符重载为友元函数，C+ 在编译时将表达式c1+c2解释为 operator + ( c1, c2) 即相当于执行以下函数 Complex operator + ( Complex 因为普通函数是不能直接访问对象的私有成员，如果普通函数必须访问对象的私有成员，可调用类的公有成员函数访问对象的私有成员。这会降低效率。,书上的错误,如想将一个复数和一个整数相加，运算符重载函数作为成员函数定义如下： Complex Complex :operator + ( int 注意在运算符+的左侧必须是Complex类对象，程序中可以写成： c3 = c2 + n 不能写成： c3 =

12、 n + c2,书上的错误,如果要求在使用重载运算符时，运算符左侧操作数不是对象，就不能使用前面定义的运算符重载函数，可以将运算符重载函数定义为友元函数： friend Complex operator + ( int 友元函数不要求第一个参数必须是类类型，但是要求实参要与形参一一对应： c3 = n + c2 / 顺序正确 c3 = c2 +n / 顺序错误,为了实现加法的交换率，必须定义两个运算符重载函数，记住成员函数要求运算符左侧的操作数必须是自定义类型的对象，而友元函数没有这个限制，可以用下面两个组合中任意一个： （1）成员函数（左操作数是对象，右操作数是非对象）、友元函数（左操作数是

13、非对象，右操作数是对象） （2）友元函数（左操作数是对象，右操作数是非对象）、友元函数（左操作数是非对象，右操作数是对象）,由于使用友元会破坏类的封装，要尽量将运算符重载函数定义为成员函数。但考虑到各方面的因素，一般将单目运算符重载为成员函数，将双目运算符重载为友元函数。 VC+6.0的不带后缀h的头文件不支持把成员函数重载为友元函数。但VC+6.0带后缀h的头文件支持这项功能，所以要将程序中的语句： #include using namespace std; 改成： #include 即可正常运行。,4.5重载双目运算符,双目的意思是运算符左边和右边的操作数均参加运算。 如果要重载 B 为类

14、成员函数，使之能够实现表达式 oprd1 B oprd2，其中 oprd1 为A 类对象，则 B 应被重载为 A 类的成员函数，形参类型应该是 oprd2 所属的类型。 经重载后，表达式 oprd1 B oprd2 相当于 oprd1.operator B(oprd2)。,例4.4 定义一个字符串类String，用来处理不定长的字符串，重载相等、大于、小于关系运算符，用于两个字符串的等于、大于、小于的比较运算。 操作数:两个操作数都是字符串类的对象。 规则:两个字符串进行比较。 将“”运算重载为字符串类的成员函数。,（1）先建立一个String类 #include #include class

15、 String / String 是用户自己指定的类名 public: String() p=NULL; String( char *str ) ; void display(); private: char *p; ;,String:String(char *str) p=str; void String:display() coutp; int main() String string1(“Hello“),string2(“Book“); string1.display(); coutendl; string2.display(); return 0; ,先编写出简单的程序框架，编写和调试

16、都比较方便。构造函数是把定义对象时的实参的地址赋予数据成员p，p是指向实参的指针。程序实现了建立对象、输出字符串对象的功能。程序运行结果分别输出 Hello Book （2）有了这个基础后，再增加所需的其他内容，先重载大于运算符。程序如下：,/本程序适用于VC+ 6.0 #include #include class String public: String () p=NULL; String (char *str); void display(); friend bool operator(String ,void String:display() cout(String ,运算符重载函数

17、定义为友元函数，函数值是布尔类型，在函数中调用了strcmp库函数，string1.p指向“Hello”，string2.p指向“Book”，程序运行结果是1。 （3）扩展到对三个运算符重载 在String类体中声明三个重载函数是友元函数，并编写相应的函数。,/本程序适用于VC+ 6.0 #include #include class String public: String()p=NULL; String(char *str); friend bool operator (String ,String:String(char *str) p=str; void String:display

18、() cout(String ,bool operator(String ,int main() String string1(“Hello“),string2(“Book“),string3(“Computer“); coutstring2)endl; cout(string1string3)endl; cout(string1=string2)endl; return 0; 运行结果为 1 0 0,4.6重载单目运算符,单目运行符只要一个操作数，由于只有一个操作数，重载函数最多只有一个参数，如果将运算符重载函数定义为成员函数还可以不用参数。 下面以自增运算符+为例，学习单目运算符的重载函数

19、的编写方法。 例4.5 有一个Time类，数据成员有时、分、秒。要求模拟秒表，每次走一秒，满60秒进位，秒又从零开始计数。满60分进位，分又从零开始计数。输出时、分和秒的值。,#include using namespace std; class Time public: Time()hour=0;minute=0;sec=0; Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),sec(s) Time operator+(); void display()couthour“:“minute“:“secendl; private: int hour; int m

20、inute; int sec; ;,Time Time:operator +() /前置单目运算符重载函数 sec+; if(sec=60) sec=sec-60; minute+; if(minute=60) minute=minute-60; hour+; hour=hour%24; return *this; ,43,int main() Time time1(23,59,0); for (int i=0;i61;i+) + time1; time1.display(); return 0; ,C+中除了有前+外，还有后+。同样的运算符由于操作数的位置不同，含义也不同。怎样区分前+和后+

21、？C+给了一个方法，在自增或自减运算符重载函数中，增加一个int 形参。程序员可以选择带int形参的函数做后+，也可以选择不带int形参的函数做前+。 例4.6 在例4.5 的基础上增加后+运算符重载函数。,#include using namespace std; class Time public: Time()hour=0;minute=0;sec=0; Time(int h, int m,int s):hour(h),minute(m),sec(s) Time operator+(); Time operator+(int); void display()couthour“:“minu

22、te“:“secendl; private: int hour ; int minute; int sec; ;,Time Time : operator +() /前置单目运算符重载函数 sec+; if(sec=60) sec=sec-60; minute+; if(minute=60) minute=minute-60; hour+; hour=hour%24; return *this; ,47,分析：后+运算的含义是操作数先参加其他运算后再自加。如 m=n+ 先将n的值赋予m，然后n再自加1。设计后+重载函数要遵循这个特性。 Time Time:operator+(int) Time

23、 temp(*this); / 保存修改前的对象做返回值 +(*this); return temp; ,int main() Time time1(21,34,59),time2; cout“ time1 : “; time1.display(); +time1; cout“+time1: “; time1.display(); time2 = time1+; cout“time1+: “; time1.display(); cout“ time2 : “; time2.display(); return 0; ,程序运行结果如下： Time1: 21:34:59 +Time1: 21:35

24、:0 Time1+: 21:35:1 Time2: 21:35:0,4.7重载流插入运算符和流提取运算符,cin和cout分别是istream类和ostream类的对象。 C+已经对和 using namespace std;把头文件包含到程序中。 用户自定义类型的数据不能直接用输出和输入，如想用它们进行输入或输出，程序员必须对它们重载。,重载函数原型的格式如下： istream 从格式上看，重载函数和重载函数只能定义为友元函数，不能定义为成员函数，因为函数有两个形参，并且第一个形参不是自定义类型。,4.7.1重载流插入运算符“”,例4.7 在例4.2的基础上用重载函数输出复数。 分析：在类中

25、声明重载函数是友元函数 friend ostream ,/本程序适用于VC+ 6.0 #include int main() Complex c1(2,4),c2(6,10),c3; c3=c1+c2; coutc3; return 0; ,分析C+怎样处理”cout c3;”语句 运算符的左边是ostream的对象cout，右边是程序员自定义类complex的对象c3，语句符合运算符重载友元函数operator的形参类型要求，系统调用友元函数，C+把这个语句解释为： operator ( cout , c3); 通过形参引用传递，函数中的output就是cout，函数中的c就是c3，函数就变

26、成： cout“(“c3.real“+“c3.imag“i)“endl; return cout; ,return cout 是将输出流现状返回。C+ 规定运算符重载函数第一个参数和函数的类型必须是 ostream 类型的引用，目的是为了返回cout的当前值，以便连续输出。,4.7.2重载流提取运算符“”,例4.8 在例4.7 的基础上增加流提取运算符重载函数，用cin输入复数，用cout (istream ,int main() Complex c1,c2; cinc1c2; cout重载函数中的形参input是istream类对象引用，在执行cinc1时，调用operator函数，将cin

27、引用传递给input，input是cin的别名，同样c是c1的别名。因此，input c.real c.imag;相当于cin c1.real c1.imag。函数返回cin的新值。使程序可以用重载函数连续从输入流提取数据给complex类对象。,程序逻辑上是正确的，但还有缺陷，如果输入的虚部是负数时，输出的形式变成： c2 = ( 4+ - 10i ) 在负数前多个正号。可以对程序稍做修改： ostream ,从本章例子中可以注意到，在运算符重载中使用引用参数的重要性，用引用形参在调用函数时，通过传递地址方式让形参成为实参的别名，不用生成临时变量，减少了时间和空间的开销。此外，如重载函数的返

28、回值是对象引用时，返回的是对象，它可以出现在赋值号的左侧而成为左值，可以被赋值或参与其他操作（如保留 cout流的当前值以便能连续使用输出）。,4.8.1标准类型数据间的转换,int i = 6; i = 7.5 + i； 编译过程： 7.5作为double型数处理 求解表达式时，将6转换陈double，然后再和7.5相加 得到的13.5的值向整型变量i赋值时，先转换为13再赋值 这种转换是c+编译系统自动完成的，称为隐式类型转换。,C+的显式类型转换，是一种人为的强制转换。 格式： 类型名（数据） 例如：int（89.5） C语言中的采用形式 （类型名）数据 如： （int）89.5 C+保

29、留了c语言的用法，提倡用c+的方法,4.8.2用转换构造函数进行类型转换,作用：将一个其它类型的数据转换成一个指定的类的对象。 转换构造函数只有一个形参，如 Complex（double r）real=r；imag=0； 其作用就是将double型的参数r转换成Complex类的对象 Complex c1（3.5）；/建立一个对象，调用构造函数 可以用声明语句建立一个无名的Complex对象，如 Complex（3.6）/合法，但无法使用 可以在一个表达式中使用无名对象，如 c1=complex（3.6）；/假设c1已被定义为Complex类的对象,转换构造函数也是一种构造函数，它遵循构造函数

30、的一般规则。 通常把有一个参数的构造函数用作类型转换，所以，称为转换构造函数。 注意： 转换构造函数只能有一个参数。如果有多个参数，就不是转换构造函数。原因是：如果有多个参数的话，究竟是把哪个参数转换成类的对象呢,使用转换构造函数将一个指定的数据转换成类的对象的方法如下： （1）先声明一个类（如上面的Complex）。 （2）在这个类中定义一个只有一个参数的构造函数，参数的类型是需要转换的类型，在函数体中指定转换的方法。 （3）在该类的作用域内可以用以下形式进行类型转换： 类名（指定类型的数据）,不仅可以将一个标准类型数据转换成类对象，也可以将另一个类的对象转换成转换构造函数所在类的对象。 如

31、：可以将一个学生类对象转换成教师类对象，可以在Teacher类中写出下面的构造函数： Teacher(Student 注意： 对象s中的num, name, sex必须是公有成员，否则不能被类外引用。,4.8.3用类型转换函数进行类型转换,作用：将一个类的对象转换成另一个类型的数据 格式： operator 类型名（）实现转换的语句 在函数名前面不能指定函数类型，函数没有参数 返回值的类型是由函数名中指定的类型名来确定的。类型转换函数只能作为成员函数，因为转换的主体是本类的对象。不能作为友元函数或普通函数。,转换构造函数和类型转换运算符的共同功能： 当需要的时候，编译系统会自动调用这些函数，建

32、立一个无名的临时对象（或临时变量） 例： double d1,d2; Complex c1,c2; 假设类中定义了类型转换函数 对于表达式：d1=d2+c1；,编译系统发现“+”左侧的d2是double型，而右侧的c1是Complex类对象，如果没有对运算符“+”进行重载，就会检查有无类型转换函数，结果发现有对double的重载函数，就调用该函数，把Complex类对象c1转换为double型数据，建立一个临时的double变量，并与d2相加，最后将一个double型数据赋给d1。,如果类中已定义转换构造函数并重载了运算符“+”（作为Complex类的友元函数），但未对double定义类型转换

33、函数（或者说未对double重载）对于表达式： c2=c1+d2； 编译系统怎样处理呢？,它发现运算符“+”左侧的c1是Complex类对象，右侧的d2是double型。 编译系统寻找有无对“+”的重载，发现有operator+函数，但它是Complex类的友元函数，要求两个Complex类的形参，即只能实现两个Complex类对象相加，而现在d2是double型，不合要求。 在类中没有对double进行重载，因此不可能把c1转换为double型数据然后相加。 编译系统就去找有无转换构造函数，发现有，就调用转换构造函数Complex（d2），建立一个临时的Complex类对象，在调用opera

34、tor+函数，将两个复数相加，然后赋给c2。 相当于执行表达式：c2=c1+ Complex(d2),例4.9 使用类型转换函数的简单例子 #include using namespace std; class Complex public: Complex()real=0;imag=0; Complex(double r,double i)real=r;imag=i; operator double() return real; private: double real; double imag; ; int main() Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3; doub

35、le d; d=2.5+c1; coutdendl; return 0; ,5.5,分析： （1）如果在Complex类中没有定义类型转换函数operator double，程序编译将会出错。因为不能实现double数据类型与Complex类对象的相加。 （2）如果在main函数中加一语句：c3=c2；编译系统是把c2按Complex类对象处理，因为赋值号两侧为同一类数据，可以合法赋值。 （3）如果在Complex类中声明了重载运算符“+”函数作为友元函数，并在类外定义operator+函数： Complex operator+（ Complex c1， Complex c2） return

36、Complex（c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag）; c3=c1+c2;/有运算符“+”重载，可以实现对象相加 d=c1+c2;/先相加，再通过对double的重载函数将临时对象转化为double，再赋值,对类型的重载和对运算符的重载的概念和方法相似 重载函数都使用关键字operator，它的意思是“运算符”。因此，通常把类型转换函数也成为类型转换运算符函数 由于它也是重载函数，因此也称为类型转换运算符重载函数（或称强制类型转换运算符重载函数）,例4.10包含转换构造函数、运算符重载函数和类型转换函数的程序 #include using namespace std

37、; class Complex public: Complex()real=0;imag=0; Complex(double r)real=r;imag=0; Complex(double r,double i)real=r;imag=i; friend Complex operator + (Complex c1,Complex c2); void display(); private: double real; double imag; ;,Complex operator + (Complex c1,Complex c2) return Complex(c1.real+c2.real,

38、c1.imag+c2.imag); void Complex:display() cout“(“real“+“imag“i)“endl;,int main() Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3; c3=c1+2.5; c3.display(); return 0; ,分析： （1）如果没有转换构造函数，则此程序编译出错，因为没有重载运算符使之能将Complex类对象与double数据相加。 （2）由于重载了运算符“+”，表达式c1+2.5，编译系统解释为： operator+（c1,2.5）/2.5不是Complex类对象 调用转换构造函数Complex（2.5）,形成

39、表达式： operator+（c1，Complex（2.5）,（3）如果把“c3=c1+2.5”改为“c3=2.5+c1”。编译仍能通过。我们从中得到结论：在已定义了相应的转换构造函数情况下，将运算符“+”函数重载为友元函数，在进行两个复数相加时，可以使用交换律。 如果运算符“+”重载函数不作为Complex类的友元函数，而作为Complex类的成员函数，不能满足交换律。 函数的原型： operator + （Complex c2）；/Complex类成员函数 函数第一个参数省略了，它隐含指this所指的对象。 对于表达式：c1+2.5 c+编译系统解释为：c1.operator+(2.5),

40、通过转换构造函数Complex（2.5）,建立一个临时的Complex对象。则表达式相当于：c1.operator+(Complex(2.5). 但对于表达式：2.5+c1。 C+系统解释为（2.5）.operator+(c1)/错误,如果运算符函数重载为成员函数，它的第一个参数必须是本类的对象。当第一个操作数不是类对象时，不能将运算符函数重载为成员函数。如果将运算符“+”函数重载为成员函数，交换律不适用。 一般情况下，将双目运算符函数重载为友元函数。单目运算符则为重载成员函数。,（4）在上面的基础上增加类型转换函数： Complex类的公有部分为： public: Complex()real

41、=0;imag=0; Complex(double r)real=r;imag=0; Complex(double r,double i)real=r;imag=i; operator double()coutreturn real; friend Complex operator + (Complex c1,Complex c2); void display();,程序在编译时出错，原因是出现二义性。在处理c1+2.5时出现二义性。一种理解是：调用转换构造函数，把2.5变成Complex类对象，然后调用运算符“+”重载函数，与c1进行复数相加。 另一种理解是：把c1转换成double型数，然后与2.5进行相加。系统无法判定，这两者是矛盾的。 如果要使用类型转换函数，就应当删去运算符“+”重载函数。,