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  • C++教程之操作符重载(Overloading operators)

 

操作符重载(Overloading operators)

C++ 实现了在类(class)之间使用语言标准操作符,而不只是在基本数据类型之间使用。例如:
int a, b, c;
a = b + c;
是有效操作,因为加号两边的变量都是基本数据类型。然而,我们是否可以进行下面的操作就不是那么显而易见了(它实际上是正确的):
struct { char product [50]; float price; } a, b, c;
a = b + c;
将一个类class (或结构struct)的对象赋给另一个同种类型的对象是允许的(通过使用默认的复制构造函数 copy constructor)。但相加操作就有可能产生错误,理论上讲它在非基本数据类型之间是无效的。
但归功于C++ 的操作符重载(overload)能力,我们可以完成这个操作。像以上例子中这样的组合类型的对象在C++中可以接受如果没有操作符重载则不能被接受的操作,我们甚至可以修改这些操作符的效果。以下是所有可以被重载的操作符的列表:
         +    -    *    /    =    <    >    +=   -=   *=   /=   <<   >>          <<=  >>=  ==   !=   <=   >=   ++   --   %    &    ^    !    |          ~    &=   ^=   |=   &&   ||   %=   []   ()   new  delete          
要想重载一个操作符,我们只需要编写一个成员函数,名为operator ,后面跟我们要重载的操作符,遵循以下原型定义:
type operator sign (parameters);
这里是一个操作符 +的例子。我们要计算二维向量(bidimensional vector) a(3,1) 与b(1,2)的和。两个二维向量相加的操作很简单,就是将两个x 轴的值相加获得结果的x 轴值,将两个 y 轴值相加获得结果的 y值。在这个例子里,结果是 (3+1,1+2) = (4,3)。
 
    // vectors: overloading operators example
    #include <iostream.h>
    
    class CVector {
      public:
        int x,y;
        CVector () {};
        CVector (int,int);
        CVector operator + (CVector);
    };
    
    CVector::CVector (int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
    }
    
    CVector CVector::operator+ (CVector param) {
        CVector temp;
        temp.x = x + param.x;
        temp.y = y + param.y;
        return (temp);
    }
    
    int main () {
        CVector a (3,1);
        CVector b (1,2);
        CVector c;
        c = a + b;
        cout << c.x << "," << c.y;
        return 0;
    }    
                          
4,3
如果你迷惑为什么看到这么多遍的 CVector,那是因为其中有些是指class名称CVector ,而另一些是以它命名的函数名称,不要把它们搞混了:
   CVector (int, int);            // 函数名称 CVector (constructor)
   CVector operator+ (CVector);   // 函数 operator+ 返回CVector 类型的值
   
Class CVector的函数 operator+ 是对数学操作符+进行重载的函数。这个函数可以用以下两种方法进行调用:
c = a + b;
c = a.operator+ (b);
注意:我们在这个例子中包括了一个空构造函数 (无参数),而且我们将它定义为无任何操作:
CVector ( ) { };
这是很必要的,因为例子中已经有另一个构造函数,
CVector (int, int);
因此,如果我们不像上面这样明确定义一个的话,CVector的两个默认构造函数都不存在。
这样的话,main( )中包含的语句
CVector c;
将为不合法的。
尽管如此,我已经警告过一个空语句块 (no-op block)并不是一种值得推荐的构造函数的实现方式,因为它不能实现一个构造函数至少应该完成的基本功能,也就是初始化class中的所有变量。在我们的例子中,这个构造函数没有完成对变量x 和 y 的定义。因此一个更值得推荐的构造函数定义应该像下面这样:
CVector ( ) { x=0; y=0; };
就像一个class默认包含一个空构造函数和一个复制构造函数一样,它同时包含一个对赋值操作符assignation operator (=)的默认定义,该操作符用于两个同类对象之间。这个操作符将其参数对象(符号右边的对象) 的所有非静态 (non-static) 数据成员复制给其左边的对象。当然,你也可以将它重新定义为你想要的任何功能,例如,只拷贝某些特定class成员。
重载一个操作符并不要求保持其常规的数学含义,虽然这是推荐的。例如,虽然我们可以将操作符+定义为取两个对象的差值,或用==操作符将一个对象赋为0,但这样做是没有什么逻辑意义的。
虽然函数operator+ 的原型定义看起来很明显,因为它取操作符右边的对象为其左边对象的函数operator+的参数,其它的操作符就不一定这么明显了。以下列表总结了不同的操作符函数是怎样定义声明的 (用操作符替换每个@):
Expression Operator (@) Function member Global function
@a + - * & ! ~ ++ -- A::operator@( ) operator@(A)
a@ ++ -- A::operator@(int) operator@(A, int)
a@b + - * / % ^ & | < > == != <= >= << >> && || , A::operator@(B) operator@(A, B)
a@b = += -= *= /= %= ^= &= |= <<= >>= [ ] A::operator@(B) -
a(b, c...) ( ) A::operator()(B, C...) -
a->b -> A::operator->() -
* 这里a 是class A的一个对象,b 是 B 的一个对象,c 是class C 的一个对象。
从上表可以看出有两种方法重载一些class操作符:作为成员函数(member function)或作为全域函数(global function)。它们的用法没有区别,但是我要提醒你,如果不是class的成员函数,则不能访问该class的private 或 protected 成员,除非这个全域函数是该class的 friend (friend 的含义将在后面的章节解释)。
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