C++学习第十四课：运算符类型与运算符重载

news2024/12/26 10:36:09

在这里插入图片描述

C++学习第十四课：运算符类型与运算符重载

在C++中，运算符重载是一种使得自定义类型（如类对象）能够使用C++内建运算符的能力。运算符重载允许程序员定义运算符对用户定义类型的特殊行为，这增加了程序的可读性和自然表达能力。本课将详细介绍C++中的运算符类型、运算符重载的概念、语法和示例。

1. C++中的运算符类型

C++提供了多种运算符，它们可以按功能分为以下几类：

算术运算符：+, -, *, /, %（取余）。
关系运算符：>, <, >=, <=, ==, !=。
逻辑运算符：&&（逻辑与）, ||（逻辑或）, !（逻辑非）。
位运算符：&, |, ^, ~, <<（左移）, >>（右移）。
赋值运算符：=, +=, -=, *=, /=, %= 等。
其他运算符：sizeof, new, delete 等。

2. 运算符重载的概念

运算符重载允许改变运算符对用户定义类型的行为。C++支持以下几种重载方式：

成员函数：将运算符重载为类的成员函数。
友元函数：将运算符重载为类的友元函数。
转换运算符：允许类对象被视为其他类型。

3. 运算符重载的语法

运算符重载可以通过成员函数或友元函数实现。以下是重载加法运算符为友元函数的示例：

class Vector {
public:
    int x, y;

    // 友元函数，重载加法运算符
    friend Vector operator+(const Vector& v1, const Vector& v2);
};

Vector operator+(const Vector& v1, const Vector& v2) {
    return Vector(v1.x + v2.x, v1.y + v2.y);
}

4. 成员函数重载运算符

运算符也可以作为类的成员函数被重载：

class Complex {
public:
    double real, imag;

    // 成员函数重载加法运算符
    Complex operator+(const Complex& rhs) const {
        return Complex(real + rhs.real, imag + rhs.imag);
    }
};

5. 输入输出流运算符重载

重载输入输出流运算符可以方便地读写类对象：

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Vector& v) {
    os << "(" << v.x << ", " << v.y << ")";
    return os;
}

std::istream& operator>>(std::istream& is, Vector& v) {
    is >> v.x >> v.y;
    return is;
}

6. 关系运算符重载

关系运算符常用于比较类对象：

bool operator<(const Vector& lhs, const Vector& rhs) {
    return (lhs.x == rhs.x) ? lhs.y < rhs.y : lhs.x < rhs.x;
}

7. 赋值运算符重载

赋值运算符允许定义类对象的赋值行为：

class MyClass {
public:
    int value;

    MyClass& operator=(const MyClass& other) {
        if (this != &other) {
            value = other.value;
            // 深拷贝资源（如果有的话）
        }
        return *this;
    }
};

8. 运算符重载与构造函数

构造函数不能被重载，但可以模拟运算符的行为：

class String {
public:
    char* str;

    String(const char* s) {
        str = new char[strlen(s) + 1];
        strcpy(str, s);
    }

    // 模仿赋值运算符的构造函数
    String& operator=(const String& rhs) {
        if (this != &rhs) {
            delete[] str;
            str = new char[strlen(rhs.str) + 1];
            strcpy(str, rhs.str);
        }
        return *this;
    }

    ~String() {
        delete[] str;
    }
};

9. 运算符重载的规则

运算符重载不能改变运算符的语法或优先级。
不能重载所有的运算符，如 ., ::, .*, sizeof 等。
运算符重载应保持其原有的语义。

10. 特殊运算符重载：函数调用运算符 `operator()`

函数调用运算符允许类对象表现得像函数一样：

class MathFunc {
public:
    // 重载函数调用运算符
    double operator()(double x) const {
        return x * x + 2 * x + 1;
    }
};

11. 特殊运算符重载：下标运算符 `operator[]`

下标运算符允许使用数组的下标访问类对象：

class Array {
    int* data;
    int size;
public:
    int& operator[](int index) {
        return data[index];
    }

    const int& operator[](int index) const {
        return data[index];
    }
};

12. 运算符重载与类型转换

运算符重载可以用于类型转换：

class Rational {
    int numerator, denominator;
public:
    // 类似于隐式类型转换的运算符重载
    operator double() const {
        return static_cast<double>(numerator) / denominator;
    }
};