初识C++05：运算符重载

运算符重载 运算符重载基础

函数重载（Function Overloading）可以让一个函数名有多种功能，在不同情况下进行不同的操作。运算符重载（Operator Overloading）也是一个道理，同一个运算符可以有不同的功能。

例子：用+号实现复数加法运算；成员函数重载运算符

#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
public:
    complex();
    complex(double real, double imag);
public:
    //声明运算符重载
    complex operator+(const complex &A) const;
    void display() const;
private:
    double m_real;  //实部
    double m_imag;  //虚部
};
complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
//实现运算符重载
complex complex::operator+(const complex &A) const{
    return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);//返回临时对象
}
void complex::display() const{
    cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}
int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();//  运行结果： 6.7 + 9.5i
    return 0;
}

可以看出：运算符重载是通过函数实现的，它本质上是函数重载。

运算符重载格式：

返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){
//TODO:
}

operator是关键字，专门用于定义重载运算符的函数。我们可以将`operator 运算符名称`这一部分看做函数名，对于上面的代码，函数名就是operator+

即是：运算符重载除了函数名不同，其他地方和函数没有什么区别；

当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号左边（+号具有左结合性，所以先检测左边）是一个 complex 对象，就会调用成员函数operator+()，也就是转换为下面的形式：

c3 = c1.operator+(c2);

c1 是要调用函数的对象，c2 是函数的实参。

全局内重载运算符：

运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数，还可以作为全局函数。利用友元函数来实现（获取private属性，归属于全局函数的应用）

更改上述例子：

#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
public:
    complex();
    complex(double real, double imag);
public:
    void display() const;
    //声明为友元函数
    friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
private:
    double m_real;
    double m_imag;
};
complex operator+(const complex &A, const complex &B);
complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
void complex::display() const{
    cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}
//在全局范围内重载+
complex operator+(const complex &A, const complex &B){
    complex C;
    C.m_real = A.m_real + B.m_real;
    C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
    return C;
}
int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();
    return 0;
}

通过运算符重载，扩大了C++已有运算符的功能，使之能用于对象,更人性了hhh；

tip: 非静态成员函数后面加const（加到非成员函数或静态成员后面会产生编译错误,静态和非静态的区别就是,查看下面链接），表示成员函数隐含传入的this指针为const指针，决定了在该成员函数中，任意修改它所在的类的成员的操作都是不允许的（因为隐含了对this指针的const引用）；唯一的例外是对于mutable修饰的成员。加了const的成员函数可以被非const对象和const对象调用，但不加const的成员函数只能被非const对象调用。静态函数和非静态函数的区别、什么是mutable

运算符重载的规则

• 可以重载的运算符：+ - * / % ^ & | ~ ! = < > += -= = /= %= ^= &= |= << >> <<= >>= == != <= >= && || ++ -- , -> -> () [] new new[] delete delete[] ，自增自减运算符的前置和后置形式都可以重载

长度运算符sizeof、条件运算符: ?、成员选择符.和域解析运算符::不能被重载。

• 重载不能改变运算符的优先级和结合性，如+-*/等运算符的优先级不会被改变；
• 运算符重载函数不能有默认的参数，否则就改变了运算符操作数的个数（比如+号默认参数为1，结果肯定不对），这显然是错误的（有的博客说重载函数要有遵循固定数量的参数，和公认的相同）
• 运算符重载函数既可以作为类的成员函数，也可以作为全局函数

将运算符重载函数作为类的成员函数时，二元运算符的参数只有一个，一元运算符不需要参数。之所以少一个参数，是因为这个参数是隐含的，是这个类对象本身；如上面的this，通过 this 指针隐式的访问 c1 的成员变量。

将运算符重载函数作为全局函数时，二元操作符就需要两个参数，一元操作符需要一个参数，而且其中必须至少有一个参数是对象，好让编译器区分这是程序员自定义的运算符，防止程序员修改用于内置类型的运算符的性质，比如：

int operator + (int a,int b){//显然错误，会造成歧义，改变内置类型的运算符的性质（别人设过的东西你别用）
    return (a-b);
}

而如果上述的a或者b是一个对象，那么就是成立的；

同时，将运算符重载函数作为全局函数时，一般都需要在类中将该函数声明为友元函数。原因很简单，该函数大部分情况下都需要使用类的 private 成员。

• 箭头运算符->、下标运算符[ ]、函数调用运算符( )、赋值运算符=只能以成员函数的形式重载。

重载数学运算符例子

实际开发中重载数学运算符号非常常见，比如c++只是定义了复数的==，我们来实现复数的+，-，*，例子如下：

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
//复数类
class Complex{
public:  //构造函数
    Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }
public:  //运算符重载
    //以全局函数的形式重载！！！！！！！！！！！
    friend Complex operator+(const Complex &c1, const Complex &c2);
    friend Complex operator-(const Complex &c1, const Complex &c2);
    friend Complex operator*(const Complex &c1, const Complex &c2);
    friend Complex operator/(const Complex &c1, const Complex &c2);
    friend bool operator==(const Complex &c1, const Complex &c2);
    friend bool operator!=(const Complex &c1, const Complex &c2);
    //以成员函数的形式重载！！！！！！！！！！！！
    Complex & operator+=(const Complex &c);
    Complex & operator-=(const Complex &c);
    Complex & operator*=(const Complex &c);
    Complex & operator/=(const Complex &c);
public:  //成员函数
    double real() const{ return m_real; }
    double imag() const{ return m_imag; }
private:
    double m_real;  //实部
    double m_imag;  //虚部
};
//重载+运算符
Complex operator+(const Complex &c1, const Complex &c2){
    return 
    Complex c;
    c.m_real = c1.m_real + c2.m_real;
    c.m_imag = c1.m_imag + c2.m_imag;
    return c;
}
//重载-运算符
Complex operator-(const Complex &c1, const Complex &c2){
    Complex c;
    c.m_real = c1.m_real - c2.m_real;
    c.m_imag = c1.m_imag - c2.m_imag;
    return c;
}
//重载*运算符  (a+bi) * (c+di) = (ac-bd) + (bc+ad)i
Complex operator*(const Complex &c1, const Complex &c2){
    Complex c;
    c.m_real = c1.m_real * c2.m_real - c1.m_imag * c2.m_imag;
    c.m_imag = c1.m_imag * c2.m_real + c1.m_real * c2.m_imag;
    return c;
}
//重载/运算符  (a+bi) / (c+di) = [(ac+bd) / (c²+d²)] + [(bc-ad) / (c²+d²)]i
Complex operator/(const Complex &c1, const Complex &c2){
    Complex c;
    c.m_real = (c1.m_real*c2.m_real + c1.m_imag*c2.m_imag) / (pow(c2.m_real, 2) + pow(c2.m_imag, 2));
    c.m_imag = (c1.m_imag*c2.m_real - c1.m_real*c2.m_imag) / (pow(c2.m_real, 2) + pow(c2.m_imag, 2));
    return c;
}
//重载==运算符
bool operator==(const Complex &c1, const Complex &c2){
    if( c1.m_real == c2.m_real && c1.m_imag == c2.m_imag ){
        return true;
    }else{
        return false;
    }
}
//重载!=运算符
bool operator!=(const Complex &c1, const Complex &c2){
    if( c1.m_real != c2.m_real || c1.m_imag != c2.m_imag ){
        return true;
    }else{
        return false;
    }
}
//重载+=运算符，开始有&符号
Complex & Complex::operator+=(const Complex &c){
    this->m_real += c.m_real;
    this->m_imag += c.m_imag;
    return *this;//this就是一个指针，*解引用，返回的是this指向的对象
}
//重载-=运算符
Complex & Complex::operator-=(const Complex &c){
    this->m_real -= c.m_real;
    this->m_imag -= c.m_imag;
    return *this;
}
//重载*=运算符
Complex & Complex::operator*=(const Complex &c){
    this->m_real = this->m_real * c.m_real - this->m_imag * c.m_imag;
    this->m_imag = this->m_imag * c.m_real + this->m_real * c.m_imag;
    return *this;
}
//重载/=运算符
Complex & Complex::operator/=(const Complex &c){
    this->m_real = (this->m_real*c.m_real + this->m_imag*c.m_imag) / (pow(c.m_real, 2) + pow(c.m_imag, 2));
    this->m_imag = (this->m_imag*c.m_real - this->m_real*c.m_imag) / (pow(c.m_real, 2) + pow(c.m_imag, 2));
    return *this;
}
int main(){
    Complex c1(25, 35);
    Complex c2(10, 20);
    Complex c3(1, 2);
    Complex c4(4, 9);
    Complex c5(34, 6);
    Complex c6(80, 90);
   
    Complex c7 = c1 + c2;
    Complex c8 = c1 - c2;
    Complex c9 = c1 * c2;
    Complex c10 = c1 / c2;
    cout<<"c7 = "<<c7.real()<<" + "<<c7.imag()<<"i"<<endl;
    cout<<"c8 = "<<c8.real()<<" + "<<c8.imag()<<"i"<<endl;
    cout<<"c9 = "<<c9.real()<<" + "<<c9.imag()<<"i"<<endl;
    cout<<"c10 = "<<c10.real()<<" + "<<c10.imag()<<"i"<<endl;
   
    c3 += c1;
    c4 -= c2;
    c5 *= c2;
    c6 /= c2;
    cout<<"c3 = "<<c3.real()<<" + "<<c3.imag()<<"i"<<endl;
    cout<<"c4 = "<<c4.real()<<" + "<<c4.imag()<<"i"<<endl;
    cout<<"c5 = "<<c5.real()<<" + "<<c5.imag()<<"i"<<endl;
    cout<<"c6 = "<<c6.real()<<" + "<<c6.imag()<<"i"<<endl;
   
    if(c1 == c2){
        cout<<"c1 == c2"<<endl;
    }
    if(c1 != c2){
        cout<<"c1 != c2"<<endl;
    }
   
    return 0;
}

运行结果：

选择是成员函数还是全局函数运算符重载

看例子：

Complex(double real): m_real(real), m_imag(0.0){ }  //转换构造函数
//重载+号运算符，设置成全局函数运算符重载
Complex operator+(const Complex &c1, const Complex &c2)
.....
Complex c2 = c1 + 15.6;//正确
Complex c3 = 28.23 + c1;//正确

为什么要设置成全局运算符呢？

因为如果设置成成员函数，Complex c3 = 28.23 + c1;将会是错误的；

原理：因为是全局函数，保证了 + 运算符的操作数能够被对称的处理，存在转换构造函数，编译器在检测到 Complex 和 double（小数默认为 double 类型）相加时，会先尝试将 double 转换为 Complex，或者反过来将 Complex 转换为 double（只有类型相同的数据才能进行 + 运算），如果都转换失败，或者都转换成功（产生了二义性），才报错。本例中，编译器会先通过构造函数Complex(double real);将 double 转换为 Complex，再调用重载过的 + 进行计算，整个过程类似于下面的形式：

设置成成员函数：根据“+ 运算符具有左结合性”这条原则，Complex c3 = 28.23 + c1会被转换为Complex c3 = (28.23).operator+(c1)，很显然这是错误的，因为 double 类型并没有以成员函数的形式重载 +。所以成员函数不能对此处理操作数；

为什么成员函数中不能用转换构造函数处理数据28.23为Complex(28.23)，而全局函数可以？

C++ 只会对成员函数的参数进行类型转换，而不会对调用成员函数的对象进行类型转换，因为设置为成员函数，28.23不是函数的参数，是拥有该函数的类对象，调用的将是28.23这个double对象的重载+，明显是没有的该函数，会报错；而全局函数，那么调用的将是operator+(28.23, c1)这个函数，那么28.23，c1都是函数的参数，是可以调用转换构造函数的。

注意ψ(｀∇´)ψ