C++运算符重载PPT学习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第四章 运算符重载,2,第四章 运算符重载,4.1,什么是运算符重载,4.2,运算符重载的方法,4.3,重载运算符的规则,4.4,运算符重载函数作为类成员函数和友元函数,4.5,重载双目运算符,4.6,重载单目运算符,4.7,重载流插入运算符和流提取运算符,4.8,类和其他数据类型的转换,3,4.1,什么是运算符重载,C+,为程序员提供了灵活的手段，让程序员自己定义类，自己设计相应的运算符（必须在已有的运算符基础上设计），使之应用于自己定义的类。与函数重载类似，对已有的运算符赋予新的含义，,用一个运算符表示不同功能的运算，这就是运算符重载,。,实际上，我们在此之前已经使用了运算符重载。如,是,C+,的移位运算符，它又与流对象,cout,配合作为流插入运算符，这是,C+,对,进行了重载处理。,4,运算符重载的实质,运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义。,必要性：,C+,中预定义的运算符其运算对象只能是基本数据类型，而不适用于用户自定义类型（如类）,实现机制,将指定的运算表达式转化为对运算符函数的调用，运算对象转化为运算符函数的实参。,编译系统对重载运算符的选择，遵循函数重载的选择原则。,5,例,4.1,通过成员函数实现复数的加法。,class Complex,private:,double real;,double imag;,public:,Complex(),real=0;imag=0;,Complex(double r,double i),real=r;,imag=i;,Complex complex_add(Complex,void display();,;,6,Complex Complex:complex_add(Complex&c2),Complex c;,c.real=real+c2.real;,c.imag=imag+c2.image;,return c;,void Complex:display(),cout(real,imagi)endl;,int main(),Complex c1(3,4),c2(5,-10),；,Complex c3;,c3=plex_add(c2);,coutc1=;,c1.display();,coutc2=;,c2.display();,coutreal+c2.real;,c.imag=this-imag+c2.image;,在,main,函数中通过对象,c1,调用加法函数，上面的语句相当于：,c.real=c1.real+c2.real;,c.imag=c1.imag+c2.image;,能否用,+,运算符实现复数加法？,8,4.2,运算符重载的方法,运算符重载的方法是定义一个重载运算符函数，在需要时系统自动调用该函数，完成相应的运算。运算符重载实质上是函数的重载。运算符重载函数的格式是：,数据类型,operator,运算符,(,形参表,),重载处理,数据类型：是重载函数值的数据类型。,operator,是保留字,9,规则和限制,C+,中可以重载除下列运算符外的所有运算符：,.*:?:,只能重载,C+,语言中已有的运算符，不可臆造新的。,不改变原运算符的优先级和结合性。,不能改变操作数个数。,经重载的运算符，其操作数中至少应该有一个是的数据类型是类。,10,两种形式,重载为类成员函数。,重载为友元函数。,11,运算符函数,声明形式,函数类型,operator,运算符（形参）,.,重载为类成员函数时，类本身是一个操作操作数，如果需要另一个操作数由函数的参数提供,重载为友元函数时,参数个数,=,原操作数个数,，且至少应该有一个自定义的形参。,12,不能重载的运算符只有,5,个：,.,成员运算符,.*,成员指针运算符,:,域运算符,sizeof,长度运算符,?:,条件运算符,重载函数名是由,operator,和运算符联合组成。,复数加法运算符重载函数原型可以是：,Complex operator+(Complex,例,4.2,重载运算符,+,，用于两个复数相加。,13,分析：,定义一个复数类，用成员函数实现加号的重载函数。两个复数相加结果仍是复数，所以函数的返回值的类型也是复数类。用成员函数实现运算符重载函数时，调用格式是,“对象名,.,成员名”,，此时对象就是一个参与运算的操作数，加法还需要另一个操作数，这个操作数用函数的参数传递，参数的类型就是复数类。而运算结果用函数值返回。,14,class Complex,public:,Complex(),real=0;,imag=0;,Complex(double r,double i)real=r;imag=i;,Complex,operator+,(Complex,void display();,private:,double real;,double imag;,;,15,Complex Complex:,operator+,(Complex&c2),Complex c;,c.real=real+c2.real;,c.imag=imag+c2.imag;,return c;,void Complex:display(),cout(real,imagi)endl;,16,int main(),Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;,c3=c1+c2;,coutc1=;c1.display();,coutc2=;c2.display();,coutc1+c2=;c3.display();,return 0;,17,说明：,（,1,）用运行符重载函数取代了例,4.1,中的加法成员函数，从外观上看函数体和函数返回值都是相同的。,（,2,）在主函数中的表达式,c3=c2+c1,取代了例,4.1,中的,c3=plex_add(c2),，编译系统将表达式,c3=c1+c2,解释为,c1.,operator+,(c2),对象,c1,调用的重载函数,operator+,，以,c2,为实参计算两个复数之和。,18,请考虑在例,4.2,中能否用一个常量和一个复数相加？如,c3=3+c2;,/,错误,应该定义对象：,Complex C1(3.0,0),：,c3=,C1,+c2;,注意：运算符重载后，其原来的功能仍然保留，编译系统根据运算表达式的上下文决定是否调用运算符重载函数。,运算符重载和类结合起来，可以在,C+,中定义使用方便的新数据类型。,19,4.3,重载运算符的规则,（,1,）,C+,只允许已有的部分运算符实施重载。,（,2,）不能重载的运算符有五个。,（,3,）重载不改变操作数的个数。,（,4,）重载不改变运算符的优先级。,（,5,）运算符重载函数不能带默认值参数。,（,6,）运算符重载函数必须与自定义类型的对象联合使用，其参数至少有一个类对象或类对象引用。,（,7,）,C+,默认提供,=,和,&,运算符重载。,20,（,8,）运算符重载函数可以是类成员函数也可以是类的友元函数，还可以是普通函数。,（,9,）,C+,规定赋值运算符、下标运算符、函数调用运算符必须定义为类的成员函数；而输出流插入、输入流提取、类型转换运算符不能定义为类的成员函数。,21,4.4,运算符重载函数作为类成员函数和友元函数,在例,4.2,程序中对运算符,+,进行了重载，该例将运算符重载函数定义为复数类的成员函数。,从该程序中看到运算符重载为成员函数时，带一个类类型的形参，而另一个加数就是对象自己。,例,4.3,将加法运算符重载为适用于复数加法，重载函数作为类的友元函数。,22,#include,class Complex,public:,Complex(),real=0;imag=0;,Complex(double r),real=r;imag=0;,Complex,(double r,double i),real=r;imag=i;,friend Complex operator+(Complex,void display();,private:,double real;,double imag;,;,23,Complex operator+(Complex&c1,Complex&c2),return Complex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);,/,将调用构造函数,void Complex:display(),cout(real,imagi)endl;,24,int main(),Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;,c3=c1+c2;,coutc1=;,c1.display();,coutc2=;,c2.display();,coutc1+c2=;,c3.display();,return 0;,25,加法运算符重载为友元函数，,C+,在编译时将表达式,c1+c2,解释为,operator+(c1,c2),即相当于执行以下函数,Complex operator+(Complex&c1,Complex&c2),return Complex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);,因为普通函数是不能直接访问对象的私有成员，如果普通函数必须访问对象的私有成员，可调用类的公有成员函数访问对象的私有成员。这会降低效率。,26,使用成员函数重载运算符要求左操作数必须是该类对象,如想将一个复数和一个整数相加，运算符重载函数作为成员函数定义如下：,Complex Complex:operator+(int&i ),return Complex(real+i,imag);,注意在运算符,+,的左侧必须是,Complex,类对象，程序中可以写成：,c3=c2+n,不能写成：,c3=n+c2,27,如果要求在使用重载运算符时，运算符左侧操作数不是对象，就需要将运算符重载函数定义为友元函数：,friend Complex operator+(int&i,Complex&c),return Complex(c.real+i,c.imag);,友元函数不要求第一个参数必须是类类型，但是要求实参要与形参一一对应：,c3=n+c2,/,顺序正确,c3=c2+n,/,顺序错误,28,由于使用友元会破坏类的封装，要尽量将运算符重载函数定义为成员函数。,除非有特殊需要，才使用友元函数重载运算符。,29,4.5,重载双目运算符,双目的意思是运算符左边和右边的操作数均参加运算。,如果要重载,B,为类的成员函数，使之能够实现表达式,oprd1 B oprd2,，其中,oprd1,为,A,类对象，则,B,应被重载为,A,类的成员函数，形参类型应该是,oprd2,所属的类型。,经重载后，表达式,oprd1 B oprd2,相当于,oprd1.operator B(oprd2),。,30,例,4.4,定义一个字符串类,String,，用来处理不定长的字符串，重载相等、大于、小于关系运算符，用于两个字符串的等于、大于、小于的比较运算。,操作数,:,两个操作数都是字符串类的对象。,规则,:,两个字符串进行比较。,将,“,”,运算重载为字符串类的成员函数。,31,（,1,）先建立一个,String,类,#include,#include,class String,/String,是用户自己指定的类名,public:,String(),p=NULL;,String(char*str);,void display();,private:,char*p;,;,32,String:String(char*str),p=str;,void String:display(),coutp;,int main(),String string1(Hello),string2(Book);,string1.display();,cout(String,private:,char*p;,;,String:String(char*str),p=str;,35,void String:display(),cout(String&string1,String&string2),if(strcmp(string1.p,string2.p)0),return true;,else,return false;,int main(),String string1(Hello),string2(Book);,coutstring2)(String,friend bool operator (String,friend bool operator=(String,void display();,private:,char*p;,;,38,String:String(char*str),p=str;,void String:display(),cout(String&string1,String&string2),if(strcmp(string1.p,string2.p)0),return true;,else,return false;,39,bool operator(String&string1,String&string2),if(strcmp(string1.p,string2.p)0),return true;,else,return false;,bool operator=(String&string1,String&string2),if(strcmp(string1.p,string2.p)=0),return true;,else,return false;,40,int main(),String string1(Hello),string2(Book),string3(Computer);,coutstring2)endl;,cout(string1string3)endl;,cout(string1=string2)endl;,return 0;,运行结果为,1,0,0,41,4.6,重载单目运算符,单目运行符只要一个操作数，由于只有一个操作数，重载函数最多只有一个参数，如果将运算符重载函数定义为成员函数还可以不用参数。,下面以自增运算符,+,为例，学习单目运算符的重载函数的编写方法。,例,4.5,有一个,Time,类，数据成员有时、分、秒。要求模拟秒表，每次走一秒，满,60,秒进位，秒又从零开始计数。满,60,分进位，分又从零开始计数。输出时、分和秒的值。,42,#include,using namespace std;,class Time,public:,Time(),hour=0;minute=0;sec=0;,Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),sec(s),Time operator+();,void display(),couthour:minute:sec=60),sec=sec-60;,minute+;,if(minute=60),minute=minute-60;,hour+;,hour=hour%24;,return*this;,43,44,int main(),Time time1(23,59,0);,for(int i=0;i61;i+),+time1;,time1.display();,return 0;,45,C+,中除了有前,+,外，还有后,+,。同样的运算符由于操作数的位置不同，含义也不同。,Time operator+();,形式的运算符重载，既可以对应前缀，也对应后缀。,怎样区分前,+,和后,+,？,C+,给了一个方法，在自增或自减运算符重载函数中，增加一个,int,形参，此时成员函数表示后缀对应的函数。,例,4.6,在例,4.5,的基础上增加后,+,运算符重载函数。,46,#include,using namespace std;,class Time,public:,Time()hour=0;minute=0;sec=0;,Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),sec(s),Time operator+();,Time operator+(int);,void display()couthour:minute:sec=60),sec=sec-60;,minute+;,if(minute=60),minute=minute-60;,hour+;,hour=hour%24;,return*this;,47,48,分析：后,+,运算的含义是操作数先参加其他运算后再自加。如,m=n+,先将,n,的值赋予,m,，然后,n,再自加,1,。设计后,+,重载函数要遵循这个特性。,Time Time:operator+(int),Time temp(*this);,/,保存修改前的对象做返回值,+(*this);,return temp;,49,int main(),Time time1(21,34,59),time2;,cout time1:;,time1.display();,+time1;,cout+time1:;,time1.display();,time2=time1+;,couttime1+:;,time1.display();,cout,和,移位运算符进行了重载，使它们分别成为流提取运算符和流插入运算符。用来输入或输出,C+,的标准类型数据，所以要用,#include using namespace std;,把头文件包含到程序中。,用户自定义类型的数据不能直接用,输出和输入，如想用它们进行输入或输出，程序员必须对它们重载。,51,重载函数原型的格式如下：,istream&operator (istream&,自定义类,ostream&operator,重载函数和,重载函数只能定义为友元函数，不能定义为成员函数，因为函数有两个形参，并且第一个形参不是自定义类型。,52,4.7.1,重载流插入运算符,“,”,例,4.7,在例,4.2,的基础上用,重载函数输出复数。,分析：在类中声明,重载函数是友元函数,friend ostream,在类外定义友元函数：,ostream&operator (ostream&output,Complex&c),output(c.real+c.imagi)endl;,return output;,53,#include,int main(),Complex c1(2,4),c2(6,10),c3;,c3=c1+c2;,coutc3;,return 0;,54,分析,C+,怎样处理”,cout c3;”,运算符的左边是,ostream,的对象,cout,，右边是程序员自定义类,complex,的对象,c3,，语句符合运算符重载友元函数,operator,的形参类型要求，系统调用友元函数，,C+,把这个语句解释为：,operator(cout,c3);,通过形参引用传递，函数中的,output,就是,cout,，函数中的,c,就是,c3,，函数就变成：,cout(c3.real+c3.imagi)endl;,return cout;,55,return cout,是将输出流现状返回。,C+,规定,运算符,”,例,4.8,在例,4.7,的基础上增加流提取运算符,重载函数，用,cin,输入复数，用,cout(istream&input,Complex&c),cout c.real c.imag;,return input;,57,int main(),Complex c1,c2;,cinc1c2;,coutc1=c1endl;,coutc2=c2,重载函数中的形参,input,是,istream,类对象引用，在执行,cinc1,时，调用,operator,函数，将,cin,引用传递给,input,，,input,是,cin,的别名，同样,c,是,c1,的别名。因此，,input,c.real c.imag;,相当于,cin c1.real c1.imag,。函数返回,cin,的新值。使程序可以用重载函数连续从输入流提取数据给,complex,类对象。,58,程序逻辑上是正确的，但还有缺陷，如果输入的虚部是负数时，输出的形式变成：,c2=(4+-10i),在负数前多个正号。可以对程序稍做修改：,ostream&operator (ostream&output,Complex&c,）,output(=0),output+;,output c.imagi)endl;,return output;,59,类型转换运算符的重载,类型可以当成运算符（强制类型转换）,内置类型转换为类（例,Common_to_class,）,类有类型转换的功能，能将其数据类型转换为本类对象，并且能够隐式进行,类型转换的前提是必须提供形式一致的构造函数,在内置类型作为实参时，如不和形参（类）一致，进行隐式的转换,59,60,类转换为其他数据类型,Class_Name:operator type(),return(type,类型的实例,);,类型转换函数,没有参数,，,没有返回类型,，但这个函数体内必须有一条,返回语句,，返回一个,type,类型的实例。,60,61,类转换为其他类型能隐式进行,（见例,class_to_common,）,61,class INTEGER,/,转换为整数,int num;,public:,INTEGER(int anint=0),num=anint;,operator int(),return num;,;,62,编译器在进行类型转换时，总试图使用,用户定义,的类型转换函数进行类型转换，如果这样不能成功，则使用标准的类型转换机制。如果都不成功，则转换失败。,在类型转换具有二义性的情况下，必须使用,显式类型转换,。即,(type)obj,或,type(obj),将对象,obj,转换为具有,type,类型的一个对象。,(,见例,ambiguity,),62,63,重载赋值运算符“,=”,对类（对象）能够使用赋值运算符“,=”,，执行位拷贝的功能,赋值运算符,“=”,可以被重载，用户可以定义自己需要的重载“,=”,的运算符重载函数。重载了的运算符函数,operator=,不能被继承,，而且它必须被重载为,成员函数,，一般重载格式为：,X&X:operator=(const X&from),/,复制,X,的成员,拷贝构造函数和赋值运算符都是把一个对象的数据成员拷贝到另一对象。它们的区别是，拷贝构造函数要创建一个新对象，而赋值运算符则是改变一个已存在的对象的值。（例,override_assigner,）,63,