一文搞懂C++中的运算符重载

C/C++
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2023-03-06
C++ 使用Socket实现主机间的UDP/TCP通信
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  • 引入
  • 一.运算符重载是什么
  • 二.运算符重载的格式
  • 三.部分运算符重载的实现
  • 3.1 简单‘ + ’ ‘ - ’ ‘ * ’运算符重载
  • 3.2 ++,- - 运算符
  • 3.3 =运算符
  • 3.4 <<，>>运算符
  • 四.运算符重载注意事项
  • 五.运算符重载的限制
  • 六.MyString的简单实现
  • MyString.h
  • MyString.cpp

引入

对于基本类型的常量或变量进行运算时，我们可以使用 +、-、*、/ 等运算符，但是我们不可以使用运算符来进行对象之间的运算。

eg：对象之间的加法运算

class A
{
public:
    A(int i=0,int j=0,int k=0):m_i(i),m_j(j),m_k(k){}
    int geti() //接口
    {
        return m_i;
    }
    int getj()//接口
    {
        return m_j; 
    }
    int getk()//接口
    {
        return m_k;
    }
    void Add(A &b)
    {
        int i=m_i+b.m_j;
        int j=m_j+b.m_j;
        int k=m_k+b.m_k;
        cout<<i<<" "<<j<<" "<<k<<" "<<endl;
    }
private:
    int m_i;
    int m_j;
    int m_k;
};
void main()
{
    A a(6,6,6);
    A b(7,7,7);
    a.Add(b); 
}

正如例子中所说：这里我们无法进行对象之间的加法，对于加法操作我们需要使用接口，然后定义add函数进行加法的操作，这样也就导致了代码十分复杂。

为了使得为了当前程序的可读性更好，简单明了。所以我们引入运算符重载这个概念。

利用 C++ 提供的“运算符重载”机制，赋予运算符新的功能，就能解决用+将两个复数对象相加这样的问题。

一.运算符重载是什么

运算符重载：就是对已有的运算符赋予多重含义，使同一运算符作用于不同类型的数据时产生不同的行为。

运算符重载的目的是使得 C++ 中的运算符也能够用来操作对象。

运算符重载的实质是编写以运算符作为名称的函数。

二.运算符重载的格式

返回值类型 operator 运算符(形参表)
{
  ....
}

这里对于返回值类型 大家可能会产生疑惑：什么是返回值类型，这里对返回值类型进行说明。

返回类型主要包括三类：

  • 值返回
  • 引用返回
  • 指针返回

值返回与引用返回 – 基本数据类型

  • 值返回：由运算符操作的表达式只能作为右值
  • 引用返回： 由运算符所操作的表达式可作为左值
  • 指针返回：有指针的相关操作
void main()
{
    int i =10;
    int j =20;
    int k =0; 
    i+j=k;// error 加号的表达式只可以做右值
    //i+j有临时空间来存储表达式的值，但是没有确定的，不能把表达式的值放在i或者j空间
    //不能作为左值的原因是 没有相应的内存空间 i有自己的空间 j有自己的空间 但是i+j没有
    //右边要赋值给左边，那么左边必须要有确定的内存空间
    k = i+j;//ok
    ++i = k;//i=30
    /*
    ++i表达式的值 不管在什么时候都是i加过1之后的值，所以不用重新开辟临时空间存储表达式的值，用i的空间即可
    ++i=k;就是把k的值放在i的内存单元
    */
    i++ = j;//error
    /*
    i++的j是i没有加过的值 但是最后i还是需要+1 所以此时i和i++不是同一个内存单元 所以需要重新开辟空间存储表达式的值，不可以这样使用
    */
    (i=j)=40;//=运算符可以作为左值 即可以引用返回
}

这里告诉大家如何快速判断是值返回还是引用返回：

判断是左值还是右值

如果对左值右值区分不是很清楚，可以参考这篇博客：

链接: c++左值，右值，将忘值

三.部分运算符重载的实现

3.1 简单‘ + ’ ‘ - ’ ‘ * ’运算符重载

对于简单‘ + ’ ‘ - ’ ‘ * ’运算符重载举例如下：

#include<stdio.h>
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A(int i=0):m_i(i){}
    A operator+(const A& t)//这里用const是为了本身值不改变
    {
        cout << "A(+)" << endl;
        return m_i + t.m_i;
    }
    A operator-(const A& t)//这里用const是为了本身值不改变
    {
        cout << "A(-)" << endl;
        return this->m_i-t.m_i;
    }
    A operator*(const A& t)//这里用const是为了本身值不改变
    {
        cout << "A(*)" << endl;
        return this->m_i*t.m_i;
    }
    void print()
    {
        cout << m_i << endl;
    }
private:
    int m_i;
};
void main()
{
    A a(10);
    A b(20);
    (a + b).print();
    (a - b).print();
    (a * b).print();
}

运算结果：

3.2 ++,- - 运算符

自增运算符++、自减运算符–都可以被重载，但是它们有前置、后置之分。

以++为例，假设 obj 是一个 CDemo 类的对象，++obj和obj++本应该是不一样的，前者的返回值应该是 obj 被修改后的值，而后者的返回值应该是 obj 被修改前的值。如果如下重载++运算符：

CDemo & CDemo::operator ++ ()
{
    //...
    return * this;
}

不论obj++还是++obj，都等价于obj.operator++()无法体现出差别。

为了解决这个问题，C++ 规定，在重载++或- -时，允许写一个增加了无用 int 类型形参的版本，编译器处理++或–前置的表达式时，调用参数个数正常的重载函数；处理后置表达式时，调用多出一个参数的重载函数。

对于前置运算符：左值 引用返回

对于后置运算符：右值 值返回

举例如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class CDemo {
private:
    int n;
public:
    CDemo(int i=0):n(i) { }
    CDemo & operator++(); //用于前置形式
    CDemo operator++( int ); //用于后置形式
    operator int ( ) { return n; }
    friend CDemo & operator--(CDemo & );
    friend CDemo operator--(CDemo & ,int);
};
CDemo & CDemo::operator++()
{//前置 ++
    n ++;
    return * this;
}
CDemo CDemo::operator++(int k )
{ //后置 ++
    CDemo tmp(*this); //记录修改前的对象
    n++;
    return tmp; //返回修改前的对象
}
CDemo & operator--(CDemo & d)
{//前置--
    d.n--;
    return d;
}
CDemo operator--(CDemo & d,int)
{//后置--
    CDemo tmp(d);
    d.n --;
    return tmp;
}
int main()
{
    CDemo d(5);
    cout << (d++ ) << ","; //等价于 d.operator++(0);
    cout << d << ",";
    cout << (++d) << ","; //等价于 d.operator++();
    cout << d << endl;
    cout << (d-- ) << ","; //等价于 operator-(d,0);
    cout << d << ",";
    cout << (--d) << ","; //等价于 operator-(d);
    cout << d << endl;
    return 0;
}

3.3 =运算符

同类对象之间可以通过赋值运算符=互相赋值。如果没有经过重载，=的作用就是把左边的对象的每个成员变量都变得和右边的对象相等，即执行逐个字节拷贝的工作，这种拷贝叫作“浅拷贝”。

对于深拷贝浅拷贝可以参考这篇博客：

链接： c++拷贝构造函数

有的时候，两个对象相等，从实际应用的含义上来讲，指的并不应该是两个对象的每个字节都相同，而是有其他解释，这时就需要对=进行重载。

如果没有写=重载 呢么类会提供默认的=重载

对于=运算符举例如下：

A& operator=(const A& b)
{
    cout << "=" << endl;
    m_i = b.m_i;
    return *this;
}

3.4 <<，>>运算符

在 C++ 中，对于左移运算符<<可以和 cout 一起用于输出，因此也常被称为“输出运算符”。

实际上，对于<<来说，他本来并没有这样的功能，之所以能和 cout 一起使用，是因为被重载了。

cout 是 ostream 类的对象。ostream 类和 cout 都是在头文件 中声明的。ostream 类将<<重载为成员函数，而且重载了多次。为了使cout<<"Star War"能够成立，ostream 类需要将<<进行如下重载：

ostream & ostream::operator << (const char* s)
{
    //输出s的代码
    return * this;
}

cin 是 istream 类的对象，是在头文件 中声明的。istream 类将>>重载为成员函数，因此 cin 才能和>>连用以输入数据。一般也将>>称为“流提取运算符”或者“输入运算符”

istream & operator>>( istream & is,Complex & c)
{
    return is;
}

四.运算符重载注意事项

1.可以重载成成员和友元两种形式

对象.operator运算符(第二个运算数)–成员形式

operator运算符(按照顺序写运算数)–友元形式

2.重载成成员形式，将第一个运算数省略(当成this)

重载成友元形式，参数不能省略 。

3.一般建议赋值重载为成员（如果第一个参数是本类对象，则重载魏本类的成员形式）

[]也建议重载为成员

<< >> 重载成友元，cout<<a.左操作数是cout的类对象，不可能是本类对象，只能重载为友元。

40运算符重载不可以改变优先级，结合性，操作数个数

五.运算符重载的限制

1.不可以臆造新的运算符

2.不可以改变原有运算符的优先级，语法等特点。

//不能将求模运算符（%）重载成使用一个操作数：
int x;
Time shiva;
% x;    //无效的求模运算符
% shiva;  //无效的重载操作符

3.运算符重载不可以使用太多

4.重载运算符含义必须清楚，不能有二异性质

5.以下运算符不可以重载

6.下列运算符只能通过成员函数进行重载

  • =：赋值运算符
  • （）：函数调用运算符
  • []：下标运算符
  • ->：通过指针访问类成员的运算符

六.MyString的简单实现

MyString.h

#ifndef MYSTRING_H
#define MYSTRING_H
#include<iostream>
using namespace std;
class mystring
{
    char * _str;
public:
    mystring(const char*str=nullptr);
    mystring(const mystring &another);
    mystring &operator=(const mystring&another);
    mystring operator+(const mystring&another);
    char& operator[](const int& i);
    bool  operator==(const mystring&another);
    bool  operator<(const mystring &another);
    bool  operator>(const mystring &another);
    friend ostream &operator<<(ostream&out,mystring&str);
    int size();
    ~mystring();
};

MyString.cpp

#include "mystring.h"
#include<string.h>
int mystring::size(){
    return strlen(this->_str);
}
mystring::mystring (const char* str){
    if(str==nullptr)
    {
        _str=new char[1];
        _str[0]='\0';
        return;
    }
    _str=new char[strlen(str)+1];
    strcpy(_str,str);
}
mystring::mystring(const mystring &another){
    
    int lenth=strlen(another._str);
    _str=new char[lenth+1];
    strcpy(_str,another._str);

}
mystring& mystring::operator=( const mystring&another){
    if(*this==another)return *this;
    else {
        delete[] _str;
        int lenth=strlen(another._str);
        _str=new char[lenth+1];
        strcpy(_str,another._str);
        return *this;
    }
}
mystring mystring:: operator+(const mystring&another){
    mystring tmp;
    delete[] tmp._str;
    int lenth=strlen(_str)+strlen(another._str);
    tmp._str=new char[lenth+1];
    memset(tmp._str,0,lenth);
    strcat(tmp._str,_str);
    strcat(tmp._str,another._str);
    return tmp;
}
char& mystring:: operator[](const int& i){
    return _str[i];
}
bool mystring:: operator==(const mystring&another){
    if( strcmp(_str,another._str)==0)
        return true;
    else return false;
}
bool  mystring:: operator<(const mystring &another){
    if( strcmp(_str,another._str)<0)
        return true;
    else return false;
}
bool  mystring:: operator>(const mystring &another){
    if( strcmp(_str,another._str)>0)
        return true;
    else return false;
}

ostream &  operator<<(ostream&out,mystring&str){
        for(int i=0;i<strlen(str._str);++i)
            out<<str._str[i];
        return out;
}

mystring:: ~mystring(){
    delete[]_str;
}

测试函数：

#include<iostream>
#include<mystring.h>
#include<string>
using namespace std;
int main(){
 mystring test1("hello");
 cout<<test1<<endl;
 cout<<test1[0]<<endl;
 mystring test2("world");
 cout<<test2<<endl;
  mystring test3=test1+test2;
  cout<<test3<<endl;
  if(test1>test2)
      cout<<test1<<" > "<<test2<<endl;
  else if(test1==test2) cout<<test1<<" = "<<test2<<endl;
  else cout<<test1<<" < "<<test2<<endl;
  return 1;
}

结果：

C++ 使用Socket实现主机间的UDP/TCP通信
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