面向对象程序设计上机练习十二（运算符重载）

Problem Description

处理一个复数与一个double数相加的运算，结果存放在一个double型变量d1中，输出d1的值。定义Complex(复数)类，在成员函数中包含重载类型转换运算符：operator double(){return real;}
Input

输入占两行：
第1行是一个复数的实部和虚部，数据以空格分开。
第2行是一个实数。
Output

输出占一行，复数的实部和实数之和，小数点后保留1位。
Example Input

2.3 5.4
3.4
Example Output

5.7

#include <iostream>#include <iomanip>using namespace std;class Complex{private:    double real;    double imag;public:    Complex(double a, double b)    {        real = a;        imag = b;    }    Complex()    {        real = 0;        imag = 0;    }     void get()    {        cin>>real>>imag;    }    operator double()//重载类型转换运算符:将一个对象转换成数    {        return real;    }};int main(){    Complex a;    double c;    a.get();    cin>>c;    cout<<fixed<<setprecision(1)<<c+a<<endl;//double类型输出一位小数，包含头文件    return 0;}

用转换构造函数可以将一个指定类型的数据转换为类的对象。但是不能反过来将一个类的对象转换为一个其他类型的数据(例如将一个Complex类对象转换成double类型数据)。

C++提供类型转换函数(type conversion function)来解决这个问题。类型转换函数的作用是将一个类的对象转换成另一类型的数据。如果已声明了一个Complex类，可以在Complex类中这样定义类型转换函数：
operator double( )
{
return real;
}
函数返回double型变量real的值。它的作用是将一个Complex类对象转换为一个double型数据，其值是Complex类中的数据成员real的值。请注意，函数名是operator double，这点是和运算符重载时的规律一致的（在定义运算符“+”的重载函数时，函数名是operator +）。
类型转换函数的一般形式为：
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。其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。

从函数形式可以看到，它与运算符重载函数相似，都是用关键字operator开头，只是被重载的是类型名。double类型经过重载后，除了原有的含义外，还获得新的含义(将一个Complex类对象转换为double类型数据，并指定了转换方法)。这样，编译系统不仅能识别原有的double型数据，而且还会把Complex类对象作为double型数据处理。

那么程序中的Complex类对具有双重身份，既是Complex类对象，又可作为double类型数据。Complex类对象只有在需要时才进行转换，要根据表达式的上下文来决定。转换构造函数和类型转换运算符有一个共同的功能：当需要的时候，编译系统会自动调用这些函数，建立一个无名的临时对象(或临时变量)。

对程序的分析：
1) 如果在Complex类中没有定义类型转换函数operator double，程序编译将出错。因为不能实现double 型数据与Complex类对象的相加。现在，已定义了成员函数 operator double，就可以利用它将Complex类对象转换为double型数据。请注意，程序中不必显式地调用类型转换函数，它是自动被调用的，即隐式调用。在什么情况下调用类型转换函数呢？编译系统在处理表达式 2.5 +cl 时，发现运算符“+”的左侧是double型数据，而右侧是Complex类对象，又无运算符“+”重载函数，不能直接相加，编译系统发现有对double的重载函数，因此调用这个函数，返回一个double型数据，然后与2.5相加。

2) 如果在main函数中加一个语句：
c3=c2;
请问此时编译系统是把c2按Complex类对象处理呢，还是按double型数据处理？由于赋值号两侧都是同一类的数据，是可以合法进行赋值的，没有必要把c2转换为double型数据。

3) 如果在Complex类中声明了重载运算符“+”函数作为友元函数：
Complex operator+ (Complex c1，Complex c2)//定义运算符“+”重载函数
{
return Complex(c1.real+c2.real， c1.imag+c2.imag);
}
若在main函数中有语句
c3=c1+c2;
由于已对运算符“+”重载，使之能用于两个Complex类对象的相加，因此将c1和c2按Complex类对象处理，相加后赋值给同类对象c3。如果改为
d=c1+c2; //d为double型变量
将c1与c2两个类对象相加，得到一个临时的Complex类对象，由于它不能赋值给double型变量，而又有对double的重载函数，于是调用此函数，把临时类对象转换为double数据，然后赋给d。

从前面的介绍可知，对类型的重载和对运算符的重载的概念和方法都是相似的，重载函数都使用关键字operator。因此，通常把类型转换函数也称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)。

假如程序中需要对一个Complex类对象和一个double型变量进行+，-，*，/等算术运算，以及关系运算和逻辑运算，如果不用类型转换函数，就要对多种运算符进行重载，以便能进行各种运算。这样，是十分麻烦的，工作量较大，程序显得冗长。如果用类型转换函数对double进行重载(使Complex类对象转换为double型数据)，就不必对各种运算符进行重载，因为Complex类对象可以被自动地转换为double型数据，而标准类型的数据的运算，是可以使用系统提供的各种运算符的。

#include <iostream>  using namespace std;  class Complex  {  public:     Complex( ){real=0;imag=0;}  //默认构造函数     Complex(double r){real=r;imag=0;}//转换构造函数     Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}//实现初始化的构造函数     friend Complex operator + (Complex c1,Complex c2); //重载运算符“+”的友元函数     void display( );  private:     double real;     double imag;  };  Complex operator + (Complex c1,Complex c2)//定义运算符“+”重载函数  {     return Complex(c1.real+c2.real, 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; //复数与double数据相加     c3.display( );     return 0;  }  

对程序的分析：
1) 如果没有定义转换构造函数，则此程序编译出错。

2) 现在，在类Complex中定义了转换构造函数，并具体规定了怎样构成一个复数。由于已重载了算符“+”，在处理表达式c1+2.5时，编译系统把它解释为
operator+(c1, 2.5)
由于2.5不是Complex类对象，系统先调用转换构造函数Complex(2.5)，建立一个临时的Complex类对象，其值为(2.5+0i)。上面的函数调用相当于
operator+(c1, Complex(2.5))
将c1与(2.5+0i) 相加，赋给c3。运行结果为
(5.5+4i)
3) 如果把“c3=c1+2.5;”改为c3=2.5+c1; 程序可以通过编译和正常运行。过程与前相同。

从中得到一个重要结论，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，可以用交换律。

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“+”函数重载为类的成员函数，交换律不适用。

由于这个原因，一般情况下将双目运算符函数重载为友元函数。单目运算符则多重载为成员函数。

4) 如果一定要将运算符函数重载为成员函数，而第一个操作数又不是类对象时，只有一个办法能够解决，再重载一个运算符“+”函数，其第一个参数为double型。当然此函数只能是友元函数，函数原型为
friend operator+(double, Complex &);
显然这样做不太方便，还是将双目运算符函数重载为友元函数方便些。

5) 在上面程序的基础上增加类型转换函数：
operator double( ){return real;}
此时Complex类的公用部分为：
public:
Complex( ){real=0;imag=0;}
Complex(double r){real=r;imag=0;} //转换构造函数
Complex(double r，double i){real=r;imag=i;}
operator double( ){return real;}//类型转换函数
friend Complex operator+ (Complex c1，Complex c2); //重载运算符“+”
void display( );
其余部分不变。程序在编译时出错，原因是出现二义性。