C++ 重载操作符 operator

参数个数的限定

    非成员函数：

　　单目运算符：参数表中只有一个参数；

　　双目运算符：参数表中只有两个参数

      成员函数：

　　单目运算符：参数表中没有参数；

　　双目运算符：参数表中只有一个参数

operator是C++的关键字，它和运算符一起使用，表示一个运算符函数，理解时应将operator=整体上视为一个函数名。

   这是C++扩展运算符功能的方法，虽然样子古怪，但也可以理解：一方面要使运算符的使用方法与其原来一致，另一方面扩展其功能只能通过函数的方式（c++中，“功能”都是由函数实现的)。

 一、为什么使用操作符重载？
对于系统的所有操作符，一般情况下，只支持基本数据类型和标准库中提供的class，对于用户自己定义的class，如果想支持基本操作，比如比较大小，判断是否相等，等等，则需要用户自己来定义关于这个操作符的具体实现。比如，判断两个人是否一样大，我们默认的规则是按照其年龄来比较，所以，在设计person 这个class的时候，我们需要考虑操作符==，而且，根据刚才的分析，比较的依据应该是age。那么为什么叫重载呢？这是因为，在编译器实现的时候，已经为我们提供了这个操作符的基本数据类型实现版本，但是现在他的操作数变成了用户定义的数据类型class，所以，需要用户自己来提供该参数版本的实现。

二、如何声明一个重载的操作符？
A:  操作符重载实现为类成员函数
重载的操作符在类体中被声明，声明方式如同普通成员函数一样，只不过他的名字包含关键字operator，以及紧跟其后的一个c++预定义的操作符。
可以用如下的方式来声明一个预定义的==操作符:
class person{
private:
    int age;
    public:
    person(int a){
       this->age=a;
    }
   inline bool operator == (const person &ps) const;
};
实现方式如下：
inline bool person::operator==(const person &ps) const
{

     if (this->age==ps.age)
        return true;
     return false;
}
调用方式如下：
#include
using namespace std;
int main()
{

  person p1(10);
  person p2(20);
  if(p1==p2) cout<<”the age is equal!”< return 0;
}
这里，因为operator ==是class person的一个成员函数，所以对象p1,p2都可以调用该函数，上面的if语句中，相当于p1调用函数==，把p2作为该函数的一个参数传递给该函数，从而实现了两个对象的比较。

B:操作符重载实现为非类成员函数(全局函数)
对于全局重载操作符，代表左操作数的参数必须被显式指定。例如：
#include
#include
using namespace std;
class person
{
public:
int age;
public:
};

bool operator==(person const &p1 ,person const & p2)

//满足要求，做操作数的类型被显示指定
{
if(p1.age==p2.age)
return true;
return false;
}
int main()
{
person rose;
person jack;
rose.age=18;
jack.age=23;
if(rose==jack)
cout<<"ok"< return 0;
}

 

 

C:如何决定把一个操作符重载为类成员函数还是全局名字空间的成员呢？
①如果一个重载操作符是类成员，那么只有当与他一起使用的左操作数是该类的对象时，该操作符才会被调用。如果该操作符的左操作数必须是其他的类型，则操作符必须被重载为全局名字空间的成员。
②C++要求赋值=，下标[]，调用()， 和成员指向-> 操作符必须被定义为类成员操作符。任何把这些操作符定义为名字空间成员的定义都会被标记为编译时刻错误。
③如果有一个操作数是类类型如string类的情形那么对于对称操作符比如等于操作符最好定义为全局名字空间成员。

 

D:重载操作符具有以下限制：

（1） 只有C++预定义的操作符集中的操作符才可以被重载；

（2）对于内置类型的操作符，它的预定义不能被改变，应不能为内置类型重载操作符，如，不能改变int型的操作符+的含义；

（3） 也不能为内置的数据类型定义其它的操作符；

（4） 只能重载类类型或枚举类型的操作符；

（5） 重载操作符不能改变它们的操作符优先级；

（6） 重载操作符不能改变操作数的个数；

（7） 除了对( )操作符外，对其他重载操作符提供缺省实参都是非法的； 

E: 注意点
（1）后果载操操作符首先要确定它的返回值是左值，还是右值，如果是左值最返回引用，如果是右值那就直接返回值；

（2） +号等这样的操作符没有对象可以容纳改变后值，对于这样的情况最好返回数值，否则只能要操作符体内创建临时对象用于容纳改变后的值，如果在堆中创建临时对象返回指针或者引用，在操作符函数体外还需要释放它，如果返回的对象而不是引用或者指针，那么效率是比较低的。如果返回的是数值，最好在该类的构造函数中增加对该类型数值的转换函数，如：返回值是int类型，那么最好有一个int类型作为参数的构造函数。

（3）在增量运算符中，放上一个整数形参，就是后增量运行符，它是值返回，对于前增量没有形参，而且是引用返回，示例：

class Test

{

    public:

    Test(x=3){ m_value = x}

    Test &operator ++();   //前增量

    Test &operator ++(int);//后增量

private:

    Int m_value:

};

Test &Test::operator ++()

{

    m_value ++;    //先增量

    return *this;  //返回当前对象

}

Test Test::operator ++(int)

{

    Test tmp(*this);  //创建临时对象

    m_value ++;       //再增量

    return temp;      //返回临时对象

}

（4）因为强制转换是针对基本数据类型的，所以对类类型的转换需自定义；

（5） 转换运行符重载声明形式：operator 类型名();它没有返回类型，因为类型名就代表了它的返回类型，所以返回类型显得多余。

（6）一般来说，转换运算符与转换构造函数（即带一个参数的构造函数）是互逆的，如有了构造函数Test(int)，那么最好有一个转换运算符int()。这样就不必提供对象参数重载运算符了，如Test a1(1);Test a2(2); Test a3; a3 = a1+a2；就不需要重载+号操作符了，因为对于a1+a2的运算，系统可能会先找有没有定义针对Test的+号操作符，如果没有，它就会找有没有针对Test类转换函数参数类型的+号操作符（因为可以将+号运行结果的类型通过转换函数转换为Test对象），因为Test类有个int类型的参数，对于int类型有+操作符，所以a1+a2真正执行的是Test(int(a1) + int(a2));即Test(3)；

（7）对于转换运算符，还有一个需要注意的地方就是，如果A类中有以B为参数的转换函数（构造函数），那B中不能有A的转换运算符，不然就存在转换的二义性，如：

class A{A(B&){…}}; class B{ operator A(){…}};那么以下语句就会有问题：

B b; A(b);//A(b)有就可能是A的构造函数，也可以是B的转换运算符

怎么实现运算符的重载？

方式：类的成员函数 或 友元函数（类外的普通函数）

规则：不能重载的运算符有 .  和 .* 和 ?: 和 ::  和 sizeof

友元函数和成员函数的使用场合：一般情况下，建议一元运算符使用成员函数，二元运算符使用友元函数

        1、运算符的操作需要修改类对象的状态，则使用成员函数。如需要做左值操作数的运算符（如=，+=，++）

        2、运算时，有数和对象的混合运算时，必须使用友元

        3、二元运算符中，第一个操作数为非对象时，必须使用友元函数。如输入输出运算符<<和>>

具体规则如下：

运算符

建议使用

所有一元运算符

成员函数

＝ ( ) [ ]  ->

必须是成员函数

+= -= /= *= ^= &= != %= >>= <<= , 似乎带等号的都在这里了.

成员函数

所有其它二元运算符, 例如: –,+,*,/

友元函数

<< >>

必须是友元函数

2. 参数和返回值

     当参数不会被改变，一般按const引用来传递(若是使用成员函数重载，函数也为const).

     对于返回数值的决定:

     1) 如果返回值可能出现在=号左边, 则只能作为左值, 返回非const引用。

     2) 如果返回值只能出现在=号右边, 则只需作为右值, 返回const型引用或者const型值。

     3) 如果返回值既可能出现在=号左边或者右边, 则其返回值须作为左值, 返回非const引用。

运算符重载举例：

+和 -运算符的重载：

[cpp] view plain copy

1. class Point    
2. {    
3. private:    
4.     int x;   
5. public:    
6.     Point(int x1)  
7.     {   x=x1;}    
8.     Point(Point& p)     
9.     {   x=p.x;}  
10.     const Point operator+(const Point& p);//使用成员函数重载加号运算符  
11.     friend const Point operator-(const Point& p1,const Point& p2);//使用友元函数重载减号运算符  
12. };    
13.   
14. const Point Point::operator+(const Point& p)  
15. {  
16.     return Point(x+p.x);  
17. }  
18.   
19. Point const operator-(const Point& p1,const Point& p2)  
20. {  
21.     return Point(p1.x-p2.x);  
22. }  

调用:

[cpp] view plain copy

1. Point a(1);    
2. Point b(2);  
3. a+b;  //正确，调用成员函数  
4. a-b;  //正确，调用友元函数  
5. a+1;  //正确，先调用类型转换函数，把1变成对象，之后调用成员函数  
6. a-1;  //正确，先调用类型转换函数，把1变成对象，之后调用友元函数  
7. 1+a;  //错误，调用成员函数时，第一个操作数必须是对象，因为第一个操作数还有调用成员函数的功能  
8. 1-a;  //正确，先类型转换 后调用友元函数  

总结：

1、由于+ -都是出现在=号的右边，如c=a+b，即会返回一个右值，可以返回const型值
2、后几个表达式讨论的就是，数和对象混合运算符的情况，一般出现这种情况，常使用友元函数

3、双目运算符的重载：

      重载运算符函数名：operator@(参数表)

      隐式调用形式：obj1+obj2

      显式调用形式：obj1.operator+(OBJ obj2)---成员函数

                                  operator+(OBJ obj1，OBJ obj2)---友元函数

      执行时，隐式调用形式和显式调用形式都会调用函数operator+()

++和--运算符的重载：

[cpp] view plain copy

1. class Point    
2. {    
3. private:    
4.     int x;   
5. public:    
6.     Point(int x1)  
7.     {   x=x1;}    
8.     Point operator++();//成员函数定义自增  
9.     const Point operator++(int x); //后缀可以返回一个const类型的值  
10.     friend Point operator--(Point& p);//友元函数定义--  
11.     friend const Point operator--(Point& p,int x);//后缀可以返回一个const类型的值  
12. };    
13.   
14. Point Point::operator++()//++obj  
15. {  
16.     x++;  
17.     return *this;  
18. }  
19. const Point Point::operator++(int x)//obj++  
20. {  
21.     Point temp = *this;  
22.     this->x++;  
23.     return temp;  
24. }  
25. Point operator--(Point& p)//--obj  
26. {  
27.     p.x--;  
28.     return p;  
29.          //前缀形式(--obj)重载的时候没有虚参,通过引用返回*this 或 自身引用,也就是返回变化之后的数值  
30. }  
31. const Point operator--(Point& p,int x)//obj--  
32. {  
33.     Point temp = p;  
34.     p.x--;  
35.     return temp;  
36.          // 后缀形式obj--重载的时候有一个int类型的虚参, 返回原状态的拷贝  
37. }  

函数调用：

[cpp] view plain copy

1. <pre class="cpp" name="code">Point a(1);  
2. Point b(2);  
3. a++;//隐式调用成员函数operator++(0),后缀表达式  
4. ++a;//隐式调用成员函数operator++(),前缀表达式  
5. b--;//隐式调用友元函数operator--(0),后缀表达式  
6. --b;//隐式调用友元函数operator--(),前缀表达式  
7. cout<<a.operator ++(2);//显式调用成员函数operator ++(2)，后缀表达式  
8. cout<<a.operator ++();//显式调用成员函数operator ++()，前缀表达式  
9. cout<<operator --(b,2);//显式调用友元函数operator --(2)，后缀表达式  
10. cout<<operator --(b);//显式调用友元函数operator --()，前缀表达式 </pre>  

 总结：

1、a++

       函数返回：temp(临时变量)

       函数返回是否是const类型：返回是一个拷贝后的临时变量)，不能出现在等号的左边(临时变量不能做左值)，函数的结果只能做右值，则要返回一个const类型的值

      ++a

       函数返回：*this;

      函数返回是否是const类型：返回原状态的本身，返回值可以做左值，即函数的结果可以做左值，则要返回一个非const类型的值

2、前后缀仅从函数名(operator++)无法区分，只能有参数区分，这里引入一个虚参数int x，x可以是任意整数。

3、单目运算符的重载：

      重载运算符函数名：operator@(参数表)

      隐式调用形式：obj1@  或 @obj1

      显式调用形式：

             成员函数:

                    obj1.operator@( )//前缀

                    obj1.operator@(0)//后缀

             友元函数:

                    operator@(OBJ obj)//前缀

                    operator@(OBJ obj,int x)//后缀

      执行时，隐式调用形式和显式调用形式都会调用函数operator@()

 重载下标运算符[ ]

[cpp] view plain copy

1. class Point    
2. {    
3. private:    
4.     int x[5];   
5. public:    
6.     Point()  
7.     {  
8.         for (int i=0;i<5;i++)  
9.         {  
10.             x[i]=i;  
11.         }  
12.     }   
13.     int& operator[](int y);  
14. };    
15. int& Point::operator[](int y)  
16. {  
17.     static int t=0;  
18.     if (y<5)  
19.     {  
20.         return x[y];  
21.     }  
22.     else  
23.     {  
24.         cout<<"下标出界";  
25.         return t;  
26.     }     
27. }  

调用：

[cpp] view plain copy

1. Point a;  
2. for (int i=0;i<10;i++)  
3. {  
4.          cout<<a[i]<<endl;//无论i下标是否越界，每当使用a[i]时，都会调用[]的重载  
5. }  
6. a[0]=10;  

重载下标运算符[ ]的目的：

          1、对象[x]  类似于 数组名[x]，更加符合习惯

          2、可以对下标越界作出判断

语法：

        重载方式：只能使用成员函数重载

        函数名：operator[ ](参数表)

        参数表：一个参数，且仅有一个参数，该参数设定了下标值，通常为整型，但是也可以为字符串( 看成下标)。

        函数调用：显式调用：Obj[arg]-对象[下标]

                              隐式调用：obj.operator[ ](arg)  

        返回类型：

               1、返回函数引用 + 返回成员的实际类型（由程序员根据函数体定义）

               2、因为返回值可以做左值和右值，应该不使用返回值为const类型

                     但是，为了能访问const对象，下标运算符重载有非const和const两个版本。（待定写）

 如：int&  Point::operator[](int y)//为什么使用返回引用：返回的值可以做左值，也可以做右值，则必须使用返回引用

 重载运算符( )

[cpp] view plain copy

1. class Point    
2. {    
3. private:    
4.     int x;   
5. public:    
6.     Point(int x1)  
7.     {   x=x1;}    
8.     const int operator()(const Point& p);  
9. };    
10.   
11. const int Point::operator()(const Point& p)  
12. {  
13.     return (x+p.x);  
14. }  

[cpp] view plain copy

1. 调用：  
2. Point a(1);  
3. Point b(2);  
4. cout<<a(b);  

重载运算符( )的目的：

          1、对象( )  类似于 函数名(x)，更加符合习惯

语法：

        重载方式：只能使用成员函数重载

        重载后还可以继续重载

        函数名：operator( )(参数表)

        参数表：参数随意，具体根据实际情况而定。

        函数调用：显式调用：Obj(x)

                            隐式调用：obj.operator( )(x)  

        返回类型：

               1、返回成员的实际类型随意，具体由程序员根据函数体定义

               2、因为返回值只能做右值，只读，应该使用返回值为const类型

重载输入输出操作符<< >>

[cpp] view plain copy

1. class Point    
2. {    
3. private:    
4.     int x;   
5. public:    
6.     Point(int x1)  
7.     {   x=x1;}   
8.     friend ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p);//使用友元函数重载<<输出运算符  
9.     friend istream& operator>>(istream& cin,Point& p);//使用友元函数重载>>输出运算符  
10. };    
11. ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)  
12. {  
13.     cout<<p.x<<endl;  
14.     return cout;  
15. }  
16. istream& operator>>(istream& cin,Point& p)  
17. {  
18.     cin>>p.x;  
19.     return cin;  
20. }  

[cpp] view plain copy

1. 调用：  
2. Point a(1);  
3. Point b(2);  
4. cin>>a>>b;  
5. cout<<a<<b<<endl;   

语法：

重载方式：只能使用友元函数重载 且 使用三个引用&

函数名：

       输出流： operator<<(参数表)

       输入流：operator>>(参数表)

参数表：固定（容易出错啊），两个参数均用引用&

       输出流： 必须是两个参数：对输出流ostream& 和 对象

                        第一个操作数cout，定义在文件iostream中，是标准类类型ostream的对象的引用。

                        如：ostream& cout,const Point& p

       输入流：必须是两个参数：对输入流ostream& 和 对象

                       第一个操作数是cin，定义在文件iostream，实际上是标准类类型istream的对象的引用

                       如：instream& cin,const Point& p

函数调用：

       输出流： 显式调用：cout<<对象

                        隐式调用： operator<<(cout，对象)

       输入流：显式调用：cin>>对象

                        隐式调用： operator>>(cin，对象)

返回类型：返回类型固定 + 使用返回函数引用（满足连续输出）

       输出流： 返回ostream&

                        如：ostream& operator<<(ostream& cout,const Point& p)

       输入流：返回：istream&

                        如：istream& operator>>(istream& cin,Point& p)

注意：为什么输入输出操作符的重载必须使用友元函数？

因为：成员函数要求是有对象调用，则第一个参数必须是类的对象，但是<<和>>第一个参数是流的对象引用。

故，不能使用成员函数