C++学习笔记-操作符重载

操作符重载（operator overloading）是一种形式的C++多态，C++将操作符重载扩展到用户自定义的类型，如允许使用+将两个自定义的对象相加，编译器将根据操作数的数目和类型决定使用那种加法定义。

要重载操作符，需使用操作符函数，格式如下：

operator op (argument-list)

op:要重载的操作符

argument-list: 操作数

操作符函数可以是类的成员函数，也可以是友元函数，如果是类成员函数，则第一个操作数是调用对象，它不在argument-list中。

操作符重载范例，定义一个时间类Time，重载 + - *操作符。

//Time.h

#ifndef TIME_H_
#define TIME_H_
#include <iostream>
class Time
{
public:
Time(void);
Time(int h,int m = 0);
~Time(void);
void AddMin(int m);
void AddHr(int h);
void Reset(int h = 0, int m = 0);
void Show()const;
//重载 +操作符
Time operator+ (const Time & t)const;
Time operator- (const Time & t)const;
// *
Time operator* (double n) const;
//友元函数
friend Time operator* (double n, const Time & t);
//重载<<操作符
friend std::ostream & operator<< (std::ostream & os, const Time & t);

private:
int m_hours;
int m_minutes;
};
#endif

//具体实现 Time.cpp

#include "Time.h"

Time::Time(void)
:m_hours(0)
,m_minutes(0)
{
}

Time::Time(int h,int m)
:m_hours(h)
,m_minutes(m)
{
}

Time::~Time(void)
{
}

void Time:: AddMin(int m)
{
m_minutes += m;
m_hours += m_minutes / 60;
m_minutes = m_minutes % 60;
}
void Time::AddHr(int h)
{
m_hours += h;
}
void Time::Reset(int h, int m)
{
m_hours = h;
m_minutes = m;
}
void Time::Show()const
{
std::cout << m_hours << ":" << m_minutes;
}
Time Time::operator+ (const Time & t)const
{
Time sum;
sum.m_minutes = m_minutes + t.m_minutes;
sum.m_hours = m_hours + t.m_hours + sum.m_minutes / 60;
sum.m_minutes = sum.m_minutes % 60;
return sum;
}
Time Time::operator- (const Time & t)const
{
Time diff;
int total1,total2;
total1 = m_minutes + m_hours * 60;
total2 = t.m_minutes + t.m_hours * 60;
diff.m_hours = (total1 - total2) / 60;
diff.m_minutes = (total1 - total2) % 60;
return diff;
}
Time Time::operator* (double n) const
{
Time result;
long total_minutes = m_hours * 60 * n + m_minutes * n;
result.m_hours = total_minutes / 60;
result.m_minutes = total_minutes % 60;
return result;
}

Time operator* (double n, const Time & t)
{
Time result;
long total_minutes = t.m_hours * 60 * n + t.m_minutes * n;
result.m_hours = total_minutes / 60;
result.m_minutes = total_minutes % 60;
return result;
}

std::ostream & operator<< (std::ostream & os, const Time & t)
{
os << t.m_hours << ":" << t.m_minutes;
return os;
}

View Code

Time operator- (const Time & t)const;
重载减法操作符后，可以很方便对Time对象进行减法运算
Time start_time(10,40);
Time end_time(11,50);

Time diff_time = end_time - start_time;
操作符函数为成员函数时，操作符左侧的对象是调用对象，右侧的为参数传递的对象，如上述减法操作实际上等同于：
end_time.operator-(start_time);

关于操作符重载：
1、重载限制
1)重载后的操作符必须至少有一个操作数是自定义类型，主要是防止用户为标准类型重载操作符。
2)使用操作符不能违反操作符原来的句法规则。如 % 是二元操作符，需要两个操作数，不能将它重载成使用一个操作数。
3)不能修改操作符的优先级
4)不能定义新的操作符
5)以下操作符不能重载：
sizeof
.
.*　　　　　　　　--成员指针操作符
::
?:　　　　　　　　　--条件运算符
typeid　　　　　　　--一个RTTI操作符
const_cast　　　　--强制类型转换符
dynamic_cast
reinterpret_cast
static_cast
6)大部分操作符都可以通过成员函数或非成员函数进行重载，但下面的操作符只能通过成员函数重载：
=  赋值操作符
() 函数调用操作符
[] 下标操作符
-> 通过指针访问类成员的操作符

2、通过友元函数重载
对于很多操作符来说，可以选择使用成员函数或非成员函数来实现操作符重载。一般来说非成员函数应该是友元函数，这样才可能直接访问类的私有数据。
如对于Time类的加法操作符：

使用类成员函数重载
Time operator+ (const Time & t)const;

使用非成员函数重载：
friend Time operator+ (const Time & t1, const Time & t2);

对于成员函数版本，一个操作数通过this指针隐式传递，一个通过参数表
友元版本，两个操作数都作为参数来传递
这两种重载方式都能匹配 T1+T2
但在重载操作符中，只能选择其中的一种格式，同时定义被视为二义性错误，导致编译错误。

有些情况必须使用友元来重载
在Time类中，*乘法操作符与其他两种重载的操作符不同，它使用了两种不同的类型，将一个Time值与一个double值结合在一起，这限制了该操作符的使用方式
*使用成员函数重载如下：
Time operator* (double n) const;
意味着只能这样使用该操作符 A = B * 2.5  --> A = B.operator*(2.5) (注：左侧操作数应是调用对象)

如果这样使用将导致编译错误 A = 2.5 * B (左侧操作数是调用对象，而2.5不是对象)

这种情况可以用非成员函数来解决，由于要访问私有数据，故定义为友元函数：
friend Time operator* (double n, const Time & t);

此时，A = 2.5 * B  --> A = operator*(2.5,B)
对于非成员重载操作符函数，op左边的操作数对应第一个参数，op右边的操作数对应第二个参数。

创建友元：
a、友元函数的原型应放在类声明中，并加上friend关键字
friend Time operator* (double n, const Time & t);
operator*在类中声明，但不是类的成员函数，但与成员函数具有相同的访问权限

b、在cpp文件中定义函数，由于不是成员函数，故不使用::限定符，也不要在定义中使用friend关键字

总结：类的友元函数是非成员函数，其访问权限与类成员函数相同。

3、常见的友元，重载<<操作符
重载<<操作符，使之能与cout一起来输出对象的内容

原型：
friend std::ostream & operator<< (std::ostream & os, const Time & t);
实现如下：
std::ostream & operator<< (std::ostream & os, const Time & t)
{
os << t.m_hours << ":" << t.m_minutes;
return os;
}
如此以来就可以直接输出Time对象
Time t(10.50)
cout << t;

一般来说，要重载<<操作符来显示c_name对象，可使用友元函数，定义如下：
ostream & operator<< (ostream & os, const & c_name obj)
{
　　os << ....; //输出对象内容
　　return os;
}
之所以要返回ostream的引用，主要作用是可以拼接输出，如 cout << "Current Time:" << t << "\n";