第五章运算符重载

C++程序设计宋存利第五章运算符重载知识点：运算符重载基础知识成员函数重载运算符友元函数重载运算符自增++和自减--重载输入输出运算符重载其他运算符的重载第五章运算符重载C++提供了非常丰富的运算符，这些运算符对内置数据类型可以进行相应的各类运算，包括算术运算、关系运算、逻辑运算、位运算以及其他运算符的运算。但这些运算符只支持对C++内置数据类型进行运算，不支持用户自定义数据类型的运算。原因很简单，C++系统不知道用户自定义的数据类型的相应运算符的运算规则，无法提供。但C++支持对这些运算符的重载（即重定义），即用户自己可以通过重载这些运算符，来让某运算符支持自定义数据类型的运算，这就是我们这章要介绍的运算符重载。5.1运算符重载基础知识在讲运算符重载前，首先看一个案例【例5-1】实现复数类的编写，并对复数进行加、减等运算。

Fivth_1.cpp结论：运算符的重载不是必须的。但该程序中的主函数的可读性不如下面的主函数可读性好。

voidmain(){Complexa(1,1),b(2,2);Complexc,d;c=a+b;//原来c=a.plus(b);d=b-a;//原来c=b.minus(a);cout<<c;cout<<d;}如何实现以上主函数的编程方式，提高程序的可读性呢？答案：运算符重载5.1运算符重载基础知识1.运算符重载方式C++中，大部分的运算符都可以重载，一般运算符重载函数的格式为：

返回值类型operator@(参数列表){函数体}

其中，返回值类型，取决于运算符的具体含义，例如上面的两个Complex（复数）类型数据相加，其结果当然是Complex（复数）类型。不难判断两个Date（日期型）型数据的相减操作，其结果只能是代表天数的整型等等。operator为关键字，说明此函数为运算符重载函数。@代表要重载的运算符，他必须是系统提供的运算符，程序员自己不能定义新的运算符。operator@构成函数的名称。参数和函数体则根据编程意图来设置5.1运算符重载基础知识（1）运算符的操作数：C++提供的运算符大部分为一元运算符和二元运算符，一元运算符只有一个操作数，二元运算符需要两个操作数。例如下面常用的运算符：一元运算符：+、-、++、--、！二元运算符：+、-、*、=、/、%、>、<=等等唯一的三元运算符：?:（条件运算符，但该运算符不能重载）（2）重载方式：大部分运算符即可以采用成员函数重载，也可以采用友元函数来重载。

成员函数重载，则一元运算符没有参数，二元运算符需要一个参数（此参数是二元运算符右侧的操作数），此时访问此运算符的当前对象为其隐含的另一个参数。对于一元运算符，进行相关运算的对象必需为该类的对象，对二元运算符，进行相关运算时要求运算符的左操作数必需为该类的对象。

友元函数重载，则一元运算符需要一个参数，二元运算符需要两个参数。5.1运算符重载基础知识2.运算符重载的限制C++中，对运算符的重载给出了一些限制。（1）不允许重载的运算符：..*::?:#sizeoftypeid（2）运算符重载的约束（3）其他限制C++中，对运算符进行重载给出了一些约束条件，这些条件是：不能定义新的运算符，只能对系统提供的运算符进行重载。不能改变运算符的结合性，例如“+”、“-”等运算符是从左向右结合，这个顺序不能改。不能改变运算符的优先级，例如先乘除，后加减等。不能改变运算符需要的操作数的个数。例如“*”需要两个操作数只能对用户自定义数据类型重载运算符。当采用成员函数重载运算符时，只能是非静态成员函数。1.以下运算符只能采用成员函数重载，它们是：=、[]、()、->2.输入运算符“>>”,输出运算符“<<”只能采用友元来重载5.2成员函数重载运算符1.一元运算符采用成员函数来重载。

对一元运算符采用成员函数来重载，函数没有参数，其函数原型的一般格式为：

返回值类型operator@()；

一旦重载，就可采用该运算符对相应类型对象进行相应的数学运算，其一般的调用格式为：

@对象

或

对象@

具体是上面的哪种形式，要看相应运算符的使用格式。编译器编译时，实际将以如下形式处理：

对象.operator@()5.2成员函数重载运算符2.二元运算符采用成员函数来重载。

对二元运算符采用成员函数进行重载，需要有一个参数，其函数原型的一般格式为：

返回值类型operator@(一个参数)；

一旦重载，就可采用该运算符对相应类型对象进行相应的数学运算，其一般的数学格式如下：

对象1@对象2

编译器编译时，实际将以如下形式处理：

对象1.operator@(对象2)5.2成员函数重载运算符【例5-2】运算符重载案例。对【例5-1】采用运算符重载形式实现。Fivth_2.cpp【例5-3】在同一个类中，可对同一个运算符重载多次，只要满足函数重载的条件。重点请阅读加粗部分的代码。Fivth_3.cpp备注：该案例既有一元运算符的重载，又有二元运算符的重载注意：成员函数重载运算符时，但运算符左侧的参数不是类的对象时则实现不了。例如：3+（2，2.5）该怎么处理呢？这里（2，2.5）是个复数5.3友元函数重载运算符1.友元方式重载一元运算符

友元函数重载一元运算符，要求有一个参数，重载函数的格式为：

返回值类型operator@(一个参数)；

其对应的调用格式为：

@操作数或操作数@

编译器处理时，等价于：

operator@(操作数)5.3友元函数重载运算符2.友元方式重载二元运算符

友元方式重载二元运算符，则要求有两个参数。具体的函数原型格式是：

返回值类型operator@(参数1，参数2)；

其对应的调用格式为：

操作数1@操作数2

编译器处理时，等价于：

operator@(操作数1，操作数2)5.3友元函数重载运算符【例5-4】同样Complex类，对【例5-3】的所有运算符采用友元函数来重载，并增加实现一个双精度型数据和一个复数相加的功能。详情请看下面源程序中的加粗部分的代码。Fivth_4.cpp5.4自增++和自减--重载C++中自增“++”和自减“--”都有两种不同运算规则，分别对应前自增和后自增，前自减和后自减，它们都属于一元运算符，因此，为了对这两个一元运算符进行重载，C++编译器进行了特别的规定，具体的见表5.2所示（X代表用户定义数据类型）运算符名称成员函数重载友元函数重载调用形式等价调用形式前自增++X&operator++()X&operator++(X&a)++aa.operator++()后自增++X&operator++(int)X&operator++(X&a,int)a++a.operator++(0)前自减--X&operator--()X&operator--(X&a)--aa.operator--()后自减--X&operator--(int)X&operator--(X&a,int)a--a.operator--(0)5.4自增++和自减--重载

在具体开始案例讲解之前，来回顾一下前自增和后自增的运算规则（自减则同理）。结论：1.前自增是先让变量自己的值增加1，然后再参与表达式的运算。2.

后自增是先让变量参与表达式的运算，之后其自身值增加1。【例5-5】实现一个计数类，完成对自增自减的重载，其中自增采用成员形式重载，自减采用友元形式重载。Fivth_5.cpp5.5输入输出运算符重载

在C++中，可以用输出运算符（插入运算符）“<<”或输入运算符（提取运算符）“>>”对内置数据类型进行输出或输入操作。但是对用户自定义数据类型，要想用输入运算符“>>”或输出运算符“<<”对他们进行输入输出操作，则必需要重载他们。

不难发现输出运算符“<<”为二元运算符，其左侧的实际参数是cout，而cout是系统中预先定义好的ostream类型的对象，它代表标准输出设备显示器。也就是说输出运算符“<<”的左侧的参数是输出流对象，而不是用户自定义的数据类型，因此对输出运算符“<<”的重载不能采用成员函数来重载（因为成员函数重载二元运算符需要该运算符左侧的参数为当前类的对象），只能采用友元来重载。同理分析输入运算符“>>”。5.5输入输出运算符重载

假如要对用户自定义X类型的对象用输出运算符“<<”输出，则其重载函数的原型如下：ostream&operator<<(ostream&,X&);或者：ostream&operator<<(ostream&,constX&);同理输入运算符”>>”则其重载函数的原型如下：istream&operator>>(istream&,X&);//此时对X类型的参数不能用const修饰【例5-6】用友元对输入和输出运算符重载案例。本案例完成对有理数类进行输入“>>”、输出“<<”运算符的重载。Fivth_6.cpp5.6其他运算符的重载1.赋值运算符“=”的重载C++中，对用户自定义数据类型的赋值操作，编译器会自动提供一个默认的赋值函数，该函数完成用户自定义数据类型的数据成员的对应赋值。该函数对大部分用户自定义数据类型来说，其功能是足够用了，也就是说用户不用对赋值运算符进行重载。但是，当一个用户自定义数据类型中包含有指针这种数据成员时，简单的完成对应数据成员之间的赋值操作就会出现异常，因此，这种情况下，需要用户对赋值运算符进行重载。赋值运算符必须要采用成员函数形式重载。5.6其它运算符重载-系统提供的赋值函数以5.5节中的有理数类Rational类来说明系统提供的赋值函数，请看下面示例：classRational{intnumerator,denominator;public:Rational();

Rational&operator=(Rational&a);//系统提供的赋值运算符重载函数};

Rational&Rational::operator=(Rational&a)//赋值函数的实现{numerator=a.numerator;//完成对左侧参数数据成员的对应赋值denominator=a.denominator;return*this;}5.6其它运算符重载-系统提供的赋值函数

但对用户自定义类型，若数据成员有指针，则需要用户自己重载赋值运算符“=”，以避免两个对象赋值会带来的一些异常。下面通过案例说明。【例5-7】编写一个学生类，并对赋值运算符“=”重载。Fivth_7.cpp备注：请一定编译并运行该程序，第一次运行该程序给定的代码，第二次去掉用户重载的赋值运算符函数，看看发生了什么问题？思考问题所在？5.6其它运算符重载-重载类型转换

用户编写程序过程中，有时也需要将用户自定义数据类型向其它数据类型转换。或其