编译时多态教学.ppt

第四章 编译时多态性,封装性是面向对象程序设计的基础，可以说没有封 装性就没有面向对象的程序设计。封装性从根本上解 决了数据的安全性，也为实现不同数据的操作同一性 奠定了基础，这种操作的同一性反映了客观世界中规 范不同对象行为的一致性需要，它构成了面向对象程 序设计多态性的一部分。不过这种多态性必须预先确 定操作所施加的数据类型，因此不是完备意义上的多 态性，而只是基于对象的多态性。这种不同数据的操 作同一性必须在程序编译时静态确定，故称为编译时 多态性，或称为静态多态性。实现这种静态多态性的 途径是：函数重载和运算符重载。,本章要点 1 函数重载 2 运算符重载 3 使用成员函数重载运算符 4 使用友元函数重载运算符 5 自增 + 和自减 - 运算符的重载 6 调用运算符 () 和下标运算符 的重载 7 动态内存管理运算符的重载 8 赋值运算符重载 9 输入输出运算符重载 10 类型转换（函数）,4.1 函数重载 函数重载为实现不同数据的操作同一性提供了根本编程机制。函数重载的基本规则： 函数名必须相同：体现了操作同一性。 函数的参数必须不同：体现了同一操作的实现差异 和所施加的数据差异。 在面向对象的程序中函数重载表现在两个方面： 类外全局函数重载 类成员函数重载,4.1.1 类外全局函数重载 在面向对象程序设计中，全局函数常常用来作为类 的友元函数，因此全局函数重载可以用来实现不同类 对象的同一类外操作。关于全局函数重载的方法已经 在第二章中讲述，本章不再赘述。 为了进一步理解函数重载是如何在编译时确定同一 操作施加于不同类型的数据，我们模拟分析 C+ 编译 器如何采用 “名子压延” 的方法实现重载函数的调用。 所谓 “名子压延” 是指编译器编译重载函数调用时， 先将原重载函数名和参数类型结合起来，以创建新重 载函数名。然后用新重载函数名替代原重载函数名。 例如，一个程序中有两个重载函数，原型声明为：,int myAns(float x, int j); int myAns(int I, char c); 编译时，编译器首先压延修改这两个重载函数名。修改后的新函数名或许会变成如下形式： int myAnsFLTINT(float x, int j); int myAnsINTCHAR(int i, char c); 这样，就把原来无法区分开来的相同的函数名变成 可以区分的不同的函数名。例如： 调用 myAns(float x, int j) 时， 则调用 myAnsFLTINT(float x, int j)； 而调用 myAns(int I, char c) 时， 则调用 myAnsINTCHAR(int i, char c)。,假如调用这两个函数的语句为： exam1 = myAns(15.3, 15); exam2 = myAns(45, a); 用新函数名替代原函数名后，使得调用这两个函数的 语句会发生如下相应的改变： exam1 = myAnsFLTINT(15.3, 15); exam2 = myAnsINTCHAR(45, a);,注意，上述对函数名的具体压延过程和结果只是 为了便于叙述假定的，并非 C+ 编译器对这两个 函数名的真实压延结果。,4.1.2 类成员函数重载 类成员函数重载分为两类： 1 构造函数重载 为类对象的创建和类对象的数据成员赋初值提供不 同的方法。重载构造函数的参数必须不同。 2 公有成员函数重载 提供响应相同消息的不同接口方法。这类重载有两 种情况： 同一类中的重载成员函数的参数必须有差别。 派生类中分属于基类和派生类的重载成员函数的 参数可以相同，但基类的重载成员函数被覆盖。 例如：,class point int x, y; public: point(int a, int b) x = a; y = b; float area() return 0.0; ; class circle:public point int radius; public: circle(int x, int y, int rad):point(x, y) radius = rad; float area() / 重载成员函数 return float(3.1416)*float(radius)*float(radius); ;,main() point p(20, 20); circle c(8, 8, 30); cout p.area() endl; cout c.area() endl; cout c.point:area() endl; return 0; 其中 area 是参数相同的重载成员函数。编译过程 中区别这两个不同版本的 area 的情况有两种：, 使用对象名只能分别调用基类和派生类的参数 相同的重载成员函数。例如： p.area() 将调用 point:area() 方法； c.area() 将调用 circle:area 方法。 在对象名后添加 “基类名:” 可以使用派生类对 象名可以调用基类的参数相同的重载成员函 数。例如： c.point:area() 将调用 point:area() 方法。 返回,4.2 运算符重载 运算符可以视为是一种特殊的函数，它们可以用一 种简洁的，接近自然语言的表达式方式被调用。 C+ 拥有一系列的预定义运算符，这些运算符能对 所有的预定义类型的数据进行形式一致的操作。也就 是说，可以使用预定义类型的数据作参数调用这些运 算符函数。例如，加运算符 “+“： int x, y; float e, f; y = x + y; f = e + f;,这种对于不同类型的数据使用相同的表达式调用相同 的运算符正是通过重载机制实现的。但这些运算符却 不能自动施加在自定义类型的对象。例如：自定义的 复数类 complex 的定义如下： class complex double real, imag; public: complex(double r = 0, double i = 0) real = r; imag = i; ;,main() complex com1(1.1, 2.2), com2(3.3, 4.4), total; total = com1 + com2; / “+”运算符无法对复数进行操作 return 0; 产生上述错误的原因很显然，因为运算符 “+” 允许的操 作数据类型中不包括 complex 类型，所以编译器就不知 道调用该运算符的哪个重载版本来完成相应的操作。,解决的办法就是扩展 “+” 运算符允许操作的数据类 型，即为复数类 complex 定义自己的 “+” 运算符操作。 C+ 的运算符重载方法为设计不同类对象的同一行为 提供了非常有效和方便的手段。 运算符重载是通过对运算符函数的重载实现的，运 算符函数重载的原型和定义的一般形式如下： 函数类型 operator (参数表列); / 是运算符名的通配符号 函数类型 operator (参数表列) 重载操作代码 ,例如，对复数类 complex 的 “+” 运算符重载： class complex double real, imag; public: complex(double r = 0, double i = 0) real = r; imag = i; complex operator + (complex); ; complex complex:operator +(complex ,4.2.1 重载运算符的规则 C+ 不允许定义新的运算符，只能对系统预定义运 算符进行重载。 C+ 的预定义运算符中允许重载的包括：,不允许重载预定义运算符的包括： 重载不能改变预定义运算符函数的参数（操作数） 个数。双目运算符重载后仍为双目运算符，单目运 算符重载后仍为单目运算符。 重载不能改变预定义运算符的原有优先级。 重载不能改变预定义运算符的原有结合律。 重载运算符函数的参数不允许有缺省值。否则编译 器会认为是改变了运算符函数的参数个数。, 重载的运算符必须与用户自定义类型的对象一起使 用，因此重载运算符函数的参数中至少应该有一个 是自定义类对象或类对象的引用。换句话说，重载 运算符函数的参数不能全部是预定义类型对象，防 止用户修改预定义运算符的性质。例如： int operator +(int a, int b) return a b; 显然，这是绝对不允许的。 对于双目运算符，允许两个参数都是自定义类对 象，例如两个复数的加运算；也允许一个参数是自 定义类对象，另一个参数是预定义类型对象，例如 一个复数与一个实数的加运算。,complex operator +(double d, complex 系统会为每个自定义类缺省重载了赋值运算符 “=” 和取地址运算符 “&”，其他运算符都需要根据需要进 行重载定义。其中： 赋值运算符 “=” 用于同类对象之间的数据成员赋 值操作。一般情况下，缺省重载的赋值运算符 “=” 可以满足要求，但遇到类的数据成员中包含 了动态数据指针，则使用缺省重载赋值运算符就 可能发生危险，因此必须重载新的赋值运算符。 取地址运算符 “&” 用于计算返回对象在内存中的 起始地址。, 虽然可以任意定义重载运算符的操作功能，但应该 使重载运算符的功能类似于被重载运算符作用于预 定义类型数据时的操作功能。 运算符重载函数可以是运算所施加类对象的成员函 数，也可以是该类的友元函数，如果不需要访问类 的私有数据成员，还可以是既非类成员函数也非友 元函数的普通函数。,在 Java 中虽然也不乏运算符重载的例子，例如： String str = “hello“ + “there“; 该表达式相当于在 C+ 中的表达式： string str = “hello“ + “there“; 上述表达式都是因为对 Java 的 String 类型和 C+ 的 string 类型的进行了 “+” 运算符重载的结果。但要注意 的是在 Java 中不允许用户进行运算符重载。 返回,4.3 使用成员函数重载运算符 1 使用成员函数重载运算符的语法形式 在类定义体中声明要重载的运算符成员函数 type 运算符函数类型； operator 运算符函数名关键字； 要重载的运算符名； 参数表 被重载运算符所需的右操作数。 参数个数 = 运算符所需操作数个数 - 1，缺省 的左操作数必须是运算符所属类对象。例如：,type operator (参数表);,class complex double real, imag; public: complex operator + (complex ,type 类名:operator (参数列表) , 重载运算符的使用 运算符的左操作数必须是该运算符成员函数所属 类的对象。 双目运算符 例如： complex com1, com2, com3; com3 = com1 + com2; 或 com3 = com1.operator +(com2);,表达式形式：对象名 参数对象名; 函数形式： 对象名.operator (参数对象名);, 单目运算符 例如： complex com; +com; com+; 或 com.operator +(); com.operator +(0);,表达式形式：对象名; 对象名; 函数形式： 对象名.operator (); 对象名.operator (0);,2 用成员函数重载运算符的使用实例 例4-1 定义了一个表达三维空间位置的简单类 three_d， 在此类中含有三维空间位置的坐标。通过运算符 重载来实现对此类对象的 +、 和 = 运算。 注意：定义中 + 和 运算符函数的返回值不应 是被加对象 和被减对象，而 = 运算符函数的返 回值必须是被赋值的对象。这都是运算符的操作 含义所决定的。 返回,4.4 使用友元函数重载运算符 1 使用友元函数重载运算符的语法形式 在类定义体中声明重载运算符友元函数 friend 友元函数关键字 type 运算符函数类型； operator 运算符函数名关键字； 要重载的运算符名； 参数表 被重载运算符所需的操作数。 参数个数 = 运算符所需操作数个数。 例如：,friend type operator (参数表);,class point int x, y; public: friend point operator +(point ,type operator (参数表) , 重载运算符的使用 双目运算符 例如： point pt1, pt2, pt3; pt3 = pt1 + pt2; 或 pt3 = operator +(pt1, pt2);,表达式调用：参数对象名1 参数对象名2; 函数调用： operator (参数对象名1,参数对象名2);, 单目运算符 例如： point pt; +pt; pt+ 或 operator +(pt); operator +(pt, 0);,表达式调用：参数对象名; 参数对象名; 函数调用： operator (参数对象名); operator (参数对象名, 0);,2 使用友元函数重载运算符的应用实例 例4-2 使用友元函数重载运算符的方法实现复数的四则 运算，复数运算规则如下： (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i; (a + bi) - (c + di) = (a - c) + (b - d)i; (a + bi) * (c + di) = (ac - bd) + (bc + ad)i; (a + bi) / (c + di) = (ac + bd) + (bc - ad)i)/(c2 + d2); 定义一个复数类 complex，并声明和定义相应的 友元函数，用于重载运算符 +、-、*、/。,例4-3 使用友元函数重载运算符的方法实现集合运算。 集合可以用数组或链表表示，在该数组或链表中 不允许包含重复元素。定义整型数集合 set，元 素个数用整型变量 card 表示。集合的操作包括 向集合中追加元素、显示集合的全部元素以及使 用友元函数重载运算符的方法实现的集合的主要 运算，这些运算包含： 判定某一个元素属于集合的运算符 &； 判定两个集合相等的运算符 =；, 判定两个集合的不等于运算符 !=； 两个集合的交运算符 *； 两个集合的并运算符 +； 判定某集合是另一集合的子集运算符 =； 判定某集合是另一集合的纯子集运算符 。,4.4.1 两种运算符重载方法的比较 1 参数数目： 双目运算符 重载运算符的成员函数只有一个参数，用于 表示表达式的右操作数。 重载运算符的友元函数有两个参数，分别用 于表达式的左、右操作数 单目运算符 重载运算符的成员函数无参数。 重载运算符的友元函数带有一个参数，用于 表示表达式的唯一操作数。,2 无论是使用成员函数还是友元函数重载的运算符， 调用它们的表达式形式是一致的，而调用它们的函 数形式是有差别的。,3 大部分运算符重载函数既可以是成员函数，又可以 是友元函数。究竟选择哪一种好呢？要视实际情况 和程序员的习惯。但是应注意以下情况： 对于双目运算符，如果使用成员函数重载，则在 有些情况下会产生操作数类型错误。例如： class complex double real, imag; public: complex operator +(double x); ; complex complex:operator +(double x) return complex(real + x, imag); ,对 complex 的对象 com 进行如下的 + 运算： com = com + 100.0; 由于对象 com 是 + 运算符的左操作数，所以它调 用了 complex 类重载的 + 运算符，把实数 100.0 加 到 com 的实部数据成员 real 上。如果按照 + 运算 符操作数的交换律，将上面的表达式写成： com = 100.0 + com; 则会引起操作数类型错误，无法完成表达式所要 求的操作。这是因为 complex 类 + 运算符的左操 作数是 complex 类对象，而表达式的左操作数是 实数，无法调用 complex 类 + 运算符函数。,如果使用两个友元函数来替换上述 complex 类的 + 运算符重载： friend operator +(complex com, double x); friend operator +(double x, complex com); complex operator +(complex com, double x) return complex(com.real + x, imag); complex operator +(double x, complex com) return complex(x + com.real, imag); 则可避免上述问题，因为友元运算符函数的两个 操作数都是显式地传递给运算符函数的，能满足 加运算操作数的交换律。,所以一般建议使用友元函数重载双目运算符，特 别是期望双目运算符的左操作数的类型能够隐式 转换的情况，则重载双目运算符必须使用友元函 数，而不能使用成员函数。 若一个运算符需要修改其操作所施加对象（特别 是该对象为该运算符的第一操作数）的状态，则 选择使用成员函数重载运算符不破坏类对象的封 装性，更符合面向对象程序设计的原则。 返回,4.5 自增 + 和自减 - 运算符的重载 从运算操作的正确性考虑，使用成员函数还是使用 友元函数重载自增运算符 + 和自减运算符 - 的效果是 一致的。但从面向对象设计原则出发，类对象的自增 和自减运算实际上是对被封装的类数据成员依次进行 的。因此，建议使用成员函数实现自增运算符 + 和自 减运算符 - 的重载。 使用 + 和 - 的表达式形式分为前缀和后缀两种形 式，这两种形式对操作数的最终修改虽然相同，但运 算符函数的返回值不同，前缀形式返回修改后的操作 数，而后缀形式返回修改前的操作数。例如：,int i = 0, j = 0; i+; +j; cout i “,“ j endl; / 显示1,1 cout i+ “,“ +j endl; / 显示1,2 在 C+ 2.1 及以后的版本中，编译器可以通过判别在 自增或自减运算符函数的参数列表中是否增加了一个 附加的整型 int 形式参数来区分所重载的自增或自减运 算符可以用于前缀表达式还是用于后缀表达式。,1 自增运算符 “+” 使用成员函数重载 原型 前缀形式：类名 operator +(); 后缀形式：类名 operator +(int); 例如： class point int x, y; public: point operator +(); point operator +(int); ;, 定义 前缀形式：类名 类名:operator +() 后缀形式：类名 类名:operator +(int) 例如： point point:operatot +() +x, +y; return *this; point point:operatot +(int) point temp(x, y); +x, +y; return temp; , 调用 前缀表达式形式：+类对象名; 后缀表达式形式：类对象名+; 例如： point pt; +pt; / 前缀表达式 pt+; / 后缀表达式 前缀函数形式：对象名.operator +(); 后缀函数形式：对象名.operator +(0); 例如： point pt; pt.operator +(); / 前缀函数形式 pt.operator +(0); / 后缀函数形式,2 自减运算符 “-” 使用成员函数重载 原型 前缀形式：类名 operator -(); 后缀形式：类名 operator -(int); 例如： class point int x, y; public: point operator -(); point operator -(int); ;, 定义 前缀形式：类名 类名:operator -() 后缀形式：类名 类名:operator -(int) 例如： point point:operatot -() -x, -y; return *this; point point:operatot -(int) point temp(x, y); x-, y-; return temp; , 调用 前缀表达式形式：-类对象名; 后缀表达式形式：类对象名-; 例如： point pt; -pt; / 前缀表达式 pt-; / 后缀表达式 前缀函数形式：对象名.operator -(); 后缀函数形式：对象名.operator -(0); 例如： point pt; pt.operator -(); / 前缀函数形式 pt.operator -(0); / 后缀函数形式,例4-4 在 point 类中对运算符 + 和 - 进行重载，其操作 是对 point 类的数据成员 x 和 y 分别进行的。 注意，如果在程序中没有重载能用于后缀表达式形式 的 + 和 -，则在后缀表达式形式调用 + 和 - 时，会 出现编译警告，而运行时会以前缀表达式的结果替代 后缀表达式的操作结果。 返回,4.6 调用运算符 () 和下标运算符 的重载 1 调用运算符 “()” 顾名思义，调用运算符可以用函数调用表达式的形 式使运算符操作所施加的对象完成任何需要的功能 操作，例如，为操作对象的各个数据成员赋值。调 用该运算符的表达式的一般形式为： 类对象名(调用参数列表); 可以认为调用运算符是一个双目运算符。 左操作数： 必须是该运算符操作所施加的类对象。 右操作数： 为操作类对象所需要传递的一组参数， 这组参数可以由任意个数、任何类型的 对象组成，当然也可以无参数。,显然，应该使用成员函数重载调用运算符。 原型 返回类型 operator ()(调用参数列表); 其中返回类型可以是任何合法类型。例如： class point int x, y; public: void operator ()(int, int); ;, 定义 返回类型 类名:operator ()(调用参数列表) 例如： void point:operator ()(int x, int y) this-x = x; this-y = y; 调用 类对象名(调用参数列表); 例如： point pt; pt(50, 80);,例4-5 是一个使用成员函数重载调用运算符 “()” 的简单 实例，有助 于对调用运算符定义形式、使用方法 和用途的理解。 注意，调用运算符函数的右操作数，调用参数列表中 的参数也允许有缺省参数值。,2 下标运算符 “” 与调用运算符相似，下标运算符可以用下标访问表 达式的形式对运算符操作所施加对象的相关数据成 员进任何需要的访问和操作，例如，读写矩阵类对 象封装的内部矩阵（数组）的某个指定元素。调用 该运算符的表达式的一般形式为： 类对象名 下标列表; 可以认为下标运算符也是一个双目运算符。 左操作数： 必须是该运算符操作所施加的类对象。 右操作数： 为访问类对象所需要传递的一组下标， 这组下标可以由任意个数的整型对象组 成，不允许无下标。,显然，应该使用成员函数重载下标运算符。 原型 返回类型 operator (); 其中返回类型可以是除 void 外的任何合法类型。 例如： class Matrix double mt10, 10; public: double, 定义 返回类型 类名:operator (下标列表) 例如： double,例4-6 是一个使用成员函数重载下标运算符的简单实 例，有助于对下标运算符定义形式、使用方法和 用途的理解。 通过重载的下标运算符函数可以方便地访问私有数 据成员 divisionTotals 中的每一个元素。 重载下标运算符 “” 时，返回一个 int 的引用，使得 通过重载的 “” 访问的元素既能够读，也能够写。 因此，下标表达式可以出现在赋值语句的左边。,例4-7 是一个用来处理矩阵运算操作的实例。 假定有一个实数矩阵，需要对它进行加法、减法和 乘法运算（通过重载运算符 +、-、*来实现），为此需 要通过重载函数调用运算符 ()，来返回矩阵元素，以 便在实现矩阵的加、减、乘运算中使用。注意：矩阵 的析构函数 matrix:matrix() if(elems) / 判断矩阵是否不为空 delete elems; elems = 0; 返回,4.7 动态内存管理运算符的重载 用于动态内存管理的运算符包括 new、delete （用于 单个对象的内存分配和释放）和 new、delete （用于 对象数组的内存分配和释放）。系统预定义的这两对 运算符可以适用于所有类型对象的动态内存管理，但 不能确保对所有类型对象的动态内存管理都高效，尤 其是对那些占用内存空间小、结构简单的类型对象， 使用那些为了适应复杂情况管理的时、空开销是没有 必要的，因此大大降低运行效率。解决这一问题的办 法就是重载动态内存管理运算符，定义适应类型对象 动态创建和撤消的内存管理操作。,重载动态内存管理运算符的方式有两种： 全局方式：重载的动态内存管理运算符完全替代了 原有的动态内存管理运算符 new、delete、new、 delete 。这种方式一般很少使用，除非确实需要修 改原来的通用管理算法或添加所有类型对象创建和 撤消都需要的附加操作。 局部方式：重载的运算符函数只对某个特定类对象 的创建和撤消有效，这是重载动态内存管理运算符 的常用方式。显然，将动态内存管理运算符重载函 数定义为成员函数更符合面向对象程序设计原则。,重载 new 和 delete 运算符的一般方法： 定义可以存放 n 个被管理类型对象的静态数组，作 为动态分配的内存储备。 定义空闲链，将被回收的对象内存链结起来。 定义指示变量，用于指示作为内存储备的静态数组 空间是否已经被初次顺序分配完。 重载动态内存分配运算符 new，用于顺序从静态数 组中或从空闲链中为动态创建的对象分配空间。 重载动态内存回收运算符 delete，用于释放动态创 建的对象，并将该被释放对象的内存空间链结到空 闲链中。,例4-8 定义适用于 point 类对象动态创建和撤消的内存 管理运算符 new 和 delete 重载成员函数，并测试 使用重载的 new 和 delete 动态创建和撤消 point 类对象的情况。 注意，此例中重载的 new 和 delete 运算符每次只能为 单个 point 类对象分配和释放内存 ，而如果分配和释放 point 类对象数组则需要重载 new 和 delete 运算符。,1 问题分析 分配一个具有足够空间静态数组（数组元素的结构 应满足存放 point 类对象属性和动态分配和释放的需 要。对该数组的分配和释放操作示意如下：,其中： 静态数组的元素由存放位置属性 x 和 y 的单元， 以及用于存放被释放元素地址的指针单元组成。 静态数据成员 used 用于指示从静态数组中已经被 初次顺序分配的元素个数。 静态数据成员 freelist 用于指向被释放回收的元素 链表。 元素的动态分配和释放操作分为两种情况： 静态数组中的元素未被初次顺序分配完，即 used 的值小于静态数组的元素总数时（元素第一次被 分配）：, 分配：以 used 的值为下标，为用户动态分配 一个元素，并修改 used 的值。 释放：将新释放的元素与 freelist 指向的存放 已释放元素的空闲链连接，并使 freelist 指向 修改后的空闲链。 数组中的元素已被初次顺序分配完，即 used 的 值大于静态数组的元素总数时（数组中元素的再 分配）： 分配：如果被释放元素的空闲链不为空，则从 空闲链中动态分配一个元素，并修改空闲链。, 释放：将新释放的元素与 freelist 指向的存放 已释放元 素的空闲链连接，并使 freelist 指向 修改后的空闲链。 将运算符 new 和 delete 重载函数声明和定义为 point 类的成员函数，point 类的类图被描述如下：,2 详细设计 类设计 point 类 类定义 class point int x, y; static int used; static block *freelist; public: point(int vx, int vy); void* operator new (size_t size); void operator delete (); void print(); ;,其中，block 为用于动态定义 point 对象时，分 配其属性空间的数据结构： struct block int x, y; block *next; ; 算法描述 重载运算符 new 的算法 N-S 图：,res = freelist 修改 freelist,res = 0,res = &blockused used = used + 1,返回结果指针 res,重载运算符 delete 的算法 N-S 图： 类的应用 在主函数 main 中动态创建 point 对象、显示对象 信息；然后动态释放动态创建 point 对象，用以 测试重载的动态内存管理运算符 new 和 delete 的 功能。 返回,被释放元素的指针 next = freelist,freelist = &(被释放元素的指针),4.8 赋值运算符重载 类对象之间的赋值操作是在一一对应的数据成员之 间进行的。所以赋值运算符的重载函数应作为类的成 员函数。赋值运算符成员函数的原型、定义和调用表 达式如下： 原型 类名 operator =(const 类名, 定义 类名 类名:operator = (const 类名 , 调用 对象名1 = 对象名2; 例如： point pt1, pt2; pt2 = pt1; 系统会为每一个类缺省定义一个隐含的赋值运算符 成员函数。 通常情况下，缺省赋值运算符是可以胜任 类对象之间的赋值操作，但在某些特殊情况下，如类 中有指针类型的数据成员时，使用缺省赋值运算符就 可能产生错误。例如：,#include #include class string char* ptr; public: string(char* s) ptr = new charstrlen(s) + 1; strcpy(ptr, s); string() delete ptr; void print() cout ptr endl; ;,void main() string p1(“Chen“); string p2(“Zhang“); p2 = p1; cout “p2:“; p2.print(); cout “p1:“; p1.print(); ,在执行 p1.print(); 时将发生错误。原因是执行赋值语 句 p2 = p1，使 p2.ptr 和 p1.ptr 都指向了 “Chen” 占用的 内存空间，而 p2.ptr 原来所指向的 “Zhang” 占用的内存 空间被泄漏。当 p2 的生命周期结束时，系统自动调用 析构函数将这一内存空间撤消。这时 p1 的指针成员 ptr 所指向的内存空间已经成为不允许访问的非法空间 了。下图描述了这一错误产生的过程：,执行 p2 = p1 之前,解决这一问题的方法是显式地定义一个重载赋值运 算符的成员函数，使 p1 和 p2 有各自的存储空间。 string / 返回被赋值的类对象引用 ,两点说明： 重载类的赋值运算符应该使用成员函数，而不应使 用友元函数，如果上述赋值运算符重载使用了友元 函数： friend string 这时，表达式 p1 = “chen“ 将被解释为 operator = (p1, “chen“) 这显然是没有什麽问题的，但对于表达式 “chen“ = p1 / 错误的赋值语句 将被解释为： operator = (“chen“, p1),即 C+ 编译器首先将 “chen” 转换成一个隐含的 string 对象，然后引用该隐含对象。因此并不认为这个表 达式是错误的，从而将导致赋值语法的混乱。 类的赋值运算符可以被重载，但重载的赋值运算符 成员函数在其派生类中是不能被继承的。 建议：在属性的复制操作上，重载赋值运算符和拷贝 构造函数具有一致性。因此，在需要用户自定义重载 赋值运算符和拷贝构造函数的情况下，一般先定义一 个实现属性复制操作的私有成员函数，然后在重载赋 值运算符和拷贝构造函数定义中调用此私有成员函 数。这样既保证了重载赋值运算符和拷贝构造函数的 一致性，又提高了代码的重用。 返回,4.9 输入输出运算符重载 4.9.1 重载输入运算符 “ 输入运算符 “” 是输入流类（将在第八章中详细讲 述）的成员函数。该运算符也是一个双目运算符，它 的左操作数必须是输入流类对象的引用，表示被输入 的信息必须来自标准的输入流设备；而右操作数是接 收输入信息的指定类对象的引用。因此，为自定义类 重载的输入运算符函数只能是类的友元函数。,1 原型 friend 输入流类,2 定义 输入流 ,3 调用 cin 类对象名; 例如： point pt; cin pt;,注意： 输入运算符重载函数的第一个参数的类型必须是输 入流类 istream 对象的引用，形参名（流对象名）可 以使用任何合法的标识符。 输入运算符重载函数的第二个参数的类型必须是接 收输入信息的指定类对象的引用，例如 point&， 而 不能使用指定类名，例如 point。 输入运算符重载函数的返回类型必须是输入流类 istream 对象的引用，并且在函数体中由 return 返回 的输入流类对象的引用名必须与第一个参数的形参 名（流对象名）一致。,4.9.2 重载输出运算符 “ 输出运算符 “” 是输出流类（将在第八章中详细讲 述）的成员函数。该运算符也是一个双目运算符，它 的左操作数必须是输出流类对象的引用，表示信息必 须被输出到标准的输出流设备；而右操作数是输出信 息的指定类对象。因此，为自定义类重载的输入运算 符函数也只能是类的友元函数。,1 原型 friend 输出流类,2 定义 输出流 ,3 调用 cout pt; cout pt;,注意： 输出运算符重载函数的第一个参数的类型必须是输 出流类 ostream 对象的引用，形参名（流对象名）可 以使用任何合法的标识符。 输出运算符重载函数的第二个参数的类型必须是输 出信息的指定类对象或对象的引用，例如 point&， 或 point。 输出运算符重载函数的返回类型必须是输出流类 ostream 对象的引用，并且在函数体中由 return 返回 的输出流类对象的引用名必须与第一个参数的形参 名（流对象名）一致。,例8-3 中对输入运算符 和输出运算符 和输出运算符 进行了重 载，使它们能对按照指定形式（例如由分子分母 组成的分数形式，3/8） 表示的有理数进行标准 输入输出操作。 返回,4.10 类型转换（函数） 所谓类型转换是指编译器将一种数据类型值转换为 另一种数据类型值的功能。 1 在 C+ 中，系统预定义类型和用户自定义类型的对 象均可以进行类型转换。 2 类型转换有两种形式： 隐式类型转换 如果发生了对象类型与表达 式的语法要求不符的情况，编译器能按照语言标 准确定的规则自动地将对象的类型进行转换。 显式类型转换 用户使用特定的语法表示形 式（类型转换法形式或函数法形式）指示编译器 将对象的当前类型转换为指定类型。,4.12.1 预定义数据类型间的类型转换 1 隐式类型转换 如果赋值表达式 A = B 中操作数的类型不一致， 则赋值运算符右端 B 会自动转换为 A 的类型后 再进行赋值运算。 当 char 或 short 类型变量与 int 类型变量进行运算 时，char 或 short 类型变量会先自动转换成 int 类 型，然后再进行运算。 如果参与算术运算的两个操作对象类型不一致， 则两个操作对象中精度低的类型会自动转换为精 度高的类型。,2 显式类型转换 强制转换法 格式：(类型名)表达式 例如： int i, j; cout (float)(i + j); / 将 i + j 的运算结果强制转换成 float 类型后输出 函数法 格式：类型名(表达式) 例如： int i, j; cout float(i + j); / 将 i+j 的运算结果作为类型函数 float 的参数。 两种方法实现的效果是等效的。使用显式类型转换 在有些情况下是必要的，例如：,int a = 5, b = 8; printf(“a = %f b = %f“, a, b); 会产生不可期望的结果，例如： a = 8192.000001 b = 0.000000 使用显式转换将上面的输出语句改写为： printf(“a = %f b = %f“, float(a), float(b); 就可以得到可以预期的结果： a = 5.000000 b = 8.000000,结构类型与预定义类型之间在数据的组成结构上没 有任何共同之处，因此不能进行这两种类型变量的 显式类型转换，但可以进行这两种类型指针变量的 显式类型转换。例如： #include struct example int y; float z; ;,main() char *str = “Windows!“; int *p = new int; *p = 67; example *ex1, *ex2; ex1 = (example*)str; / str 强制转换为 example 指针类型 ex2 = (example*)p; / p 强制转换为 example 指针类型 cout y z y z “n“;,delete p; str = (char*)ex1; / ex1 强制转换为 char 指针类型 cout str “n“; return 1; 输出结果可能如下： 26999 4。855453e+33 67 0 Windows!,4.12.2 通过构造函数进行类型转换 在面向对象程序设计中自定义类型之间以及自定义 与预定义数据类型之间的转换是经常发生的。通过类 的构造函数进行类型转换就是方法之一，进行这种转 换的前提是： 如果 A 类对象能够转换为 B 类对象，则类型 B 必须 有一个仅以 A 类对象为参数的构造函数。换句话说， 就是 B 类对象创建时，只需要传递一个 A 类对象的实 参。例如：,class example public: example(int) example(const char*, int i=0) ; void f(example arg) void main() example a = example(1); / example b = 3; / example c = “Windows!“; / f(3); / ,分析原因： 构造函数 example(int) 将整数 1 显式转换为 example 类对象后赋给 example 类对象 a。 构造函数 example(int) 将整数 3 隐式转换为 example 类对象后赋给 example 类对象 b。 构造函数 example(const char*, int i=0) 将字符串变量 “Windows!” 隐式转换为 example 类对象后赋给 example 类对象 c。 构造函数 example(int) 将整数 3 隐式转换为 example 类对象后作为实参传给函数 f。,通过构造函数实现的类型转换可以隐式的，即可以 隐含自动完成类型转换，但有时这种隐式转换又不是 用户所期望的，甚至是要禁止的。如果要禁止这种隐 式转换，可以将会引起隐式转换的构造函数声明为私 有成员函数。例如： class vector vector(int s); / 构造函数作为私有成员 public: vector(); static vector make(int s) return s; / 构造函数将参数 s 隐式转换成 vector 对象后返回。 ;,main() vector v = vector:make(10); / 将参数10 显式转换成 vector 对象后赋给用无参数构造 / 函数创建的 vector 对象 v。 v = 10; / 无法将整数 10 隐式转换 vector 对象。 v = vector:make(99); / 将参数 99 显式转换成 vector 对象后赋给用无参数构 / 造函数创建的 vector 对象 v。 ,禁止通过构造函数发生隐式类型转换，还可以使用 explicit 关键字将具有隐式类型转换功能的构造函数声 明为只能显式类型转换，即通过这个构造函数进行类 型转换时，必须使用强制类型转换表达式。例如： class MyClass int m; public: explicit MyClass(int i = 0); ;,MyClass:MyClass(int i) m = i; void fun(MyClass); 在这种情况下，函数表达式 f