ch5 运算符重载.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,*,OOP Using C+,运算符重载,为自己的类型定制运算符操作,本章要点,运算符重载的语法,成员函数、友元函数,一元运算符、二元运算符,常用运算符的重载,算术、关系、逻辑、位运算,特殊运算符的重载,自增、自减,赋值,数组下标运算,函数调用运算,new,和,delete,运算符重载的思想,问题,我们可以定义自己的类型，但是这样的类型在使用上和内置类型有些差别,能否像内置类型一样用运算符操作自定义类型的对象？,解决方案,运算符重载,运算符重载提供了一种语法上的方便，可以为自己的类型定义运算符函数，并通过运算符对类对象进行操作,运算符重载的思想,运算符和普通函数,运算符可以看作是特殊的函数调用,运算符的使用和普通函数的不同,语法不同,由编译器决定调用那个函数,运算符重载,通过重载运算符函数来为类定义操作符,运算符函数：,operator,编译器根据参数（操作数）来决定调用的函数,运算符重载的实质,运算符重载仅仅提供了一种语法上的方便，是以另外一种方式调用函数而已,从这个角度看，不能滥用运算符重载，只有在能使类的代码更易读，使类对象的操作方式更符合一般习惯时，才重载运算符。,运算符重载不会改变内置类型的表达式中运算符的含义,只有至少一个操作数是用户自定义类型时，才可能调用重载的运算符,可以重载的运算符,重载运算符的限制,不能使用,C+,中没有的运算符,重载不能改变运算符的优先级,内置类型的运算符，它的预定义意义不能改变,不能为内置数据类型定义其他运算符,不能改变运算符的操作数个数,不能重载的运算符,条件运算符,成员选择,operator.,成员指针间接引用,operator.*,运算符重载的基本语法,运算符函数,函数名字,运算符,的重载函数名字为,operator,函数参数,参数类型,至少有一个参数是用户自定义类型的,参数个数取决于两个因素,运算符的操作数个数：是一元运算符还是二元运算符,运算符函数是成员函数还是全局函数,成员函数重载,将运算符函数定义为成员函数时，调用成员函数的对象被作为运算符的一个操作数，所以如果是一元运算符，无需提供参数。,使用成员函数重载二元运算符时，将当前对象作为左操作数，需要提供一个参数作为右操作数。,代码示例,（,operator+,）,全局（友元）函数重载,如果将运算符函数定义为全局函数，则通常声明为类的友元函数,重载一元运算符时需要提供一个类类型的参数,重载二元运算符时需要提供两个参数，分别作为左右操作数，其中至少一个参数是类类型的,常用运算符的重载,一元运算符,成员函数重载（,eg5.2,）,友元函数重载（,eg5.3,）,自增和自减运算符 的重载,二元运算符,成员函数重载（,eg5.4,）,友元函数重载（,eg5.5,）,赋值运算符的重载,运算符函数的参数和,返回值,const,限定,对于任何参数类型，如果仅仅只是读参数的值，而不改变参数，应该作为,const,引用来传递,；,当,函数是类的成员函数时，就使用,const,成员函数,返回值的类型取决于运算符的具体含义,如果使用运算符的结果是产生一个新值，就需要产生一个作为返回值的新对象，并通过传值方式返回,运算符函数的参数和,返回值,所有赋值运算符均改变左值,为了使赋值结果能用于链式表达式，应该返回一个改变了的左值的,引用,根据是否希望对返回的值进行运算来决定是返回,const,引用，一般赋值运算符的返回值是非,const,引用。,逻辑运算符和关系运算符最好返回,bool,值,也可以返回,int,值或,typedef,产生的等价,类型,返回值优化,临时对象语法,通过传值方式返回创建的新对象时，使用一种特殊的语法，例如,return Integer(left.i+right.i);,这种形式看起来像是一个构造函数的调用，称为临时对象语法，含义是创建一个临时的,Integer,对象并返回它,思考题：,临时对象语法和创建一个有名字的对象并返回它的结果一样吗？例如：,Integer temp(left.i+right.i);,return temp;,返回值优化,返回命名对象的方式,创建命名对象：调用构造函数,返回命名对象：调用拷贝构造函数,删除命名对象：调用析构函数,返回临时对象的方式,当编译器看到这种语法时，会明白创建这个对象的目的只是返回它，所以编译器直接把这个对象创建在外部返回值的存储单元中，所以只需要调用一个构造函数，不需要拷贝构造函数和析构函数的调用。,使用临时对象语法的效率高，称为返回值优化,特殊运算符的重载,赋值运算符,赋值运算符函数的调用,赋值运算符,“,”,可能用在初始化对象的地方，这种情况并不会引起,operator=,的调用,赋值运算符的左侧操作数是已经存在的对象时，才会调用,operator=,MyType b;,MyType a=b;/,调用拷贝构造函数，而不是,operator=,a=b;/,调用,operator=,赋值运算符,赋值运算符必须作为成员函数重载，不能使用全局函数重载,operator=,如果允许定义全局的,operator=,，那么可能会导致重定义内置的,“,”,自赋值检测,operator=,的基本行为是将右操作数中的信息拷贝到左操作数中,对于复杂对象，一定要注意自赋值检测的问题,例（,eg5.6,）,自赋值检测,/,一个简单的字符串类,class my_string,char*str;,int len;,public:,my_string(const char*s=“”),len=strlen(s);,str=new charlen+1;,strcpy(str,s);,my_string()deletestr;,/,其他构造函数和成员函数略,my_string,;,my_string a(“abcde”),b(“hijk”);,a=b;/,如何赋值？,/,第一种方式,my_string&my_string:operator=(const my_string&s),len=s.len;,str=s.str;,return*this;,/,第二种方式,my_string&my_string:operator=(const my_string&s),/,先释放当前对象中的动态存储空间,/,再重新分配空间，最后进行字符串的拷贝,delete str;,len=s.len;,str=new charlen+1;,strcpy(str,s.str);,return*this;,operator=,应该如何实现？,operator=,应该如何实现？,/,第三种实现方式,my_string&my_string:operator=(const my_string&s),/,赋值之前先进行自赋值检测,if(this=&s),return*this;,delete str;,len=s.len;,str=new charlen+1;,strcpy(str,s.str);,return*this;,引用计数,赋值和拷贝的效率问题,如果类中包含指针成员，在设计赋值运算或拷贝构造函数时应该拷贝指针所涉及的一切,这种方法虽然比较直接，但是如果对象需要大量的内存，我们可能会想避免这种拷贝,引用计数技术,引用计数是让一块存储单元知道有多少个对象正指向它,拷贝构造函数或赋值运算就意味着把另外的指针指向现在的存储单元，并增加引用计数,撤销则意味着引用计数减少，当计数为,0,时就可以销毁这块存储单元了,代码示例（,referencecount,）,写拷贝,引用计数带来的问题,复制对象的操作都使用浅复制的语义，通过引用计数来避免相同单元的重复存储,但是如果想要对,str_obj,对象执行写操作怎么办？,因为可能不止一个对象在使用这个,str_obj,，所以不能随意修改,str_obj,写拷贝,解决这个问题技术是写拷贝,在对,str_obj,执行写入操作之前，应该确认没有其他,my_string,对象在使用这块单元,如果引用计数大于,1,，在写操作之前必须拷贝这块存储单元，这样就不会影响其他对象了,自动创建的,operator=,如果没有重载,operator=,，编译器将在需要时自动创建一个,这个自动创建的,operator=,的行为是按成员赋值,如果类包含子对象，对这些子对象，将递归调用其,operator=,对于复杂的类，尤其是包含指针成员时，应该显式地创建,operator=,如果想禁止赋值运算，应该把,operator=,声明为,private,成员，这时可以不必提供函数的定义,用户定义的类型转换,编译器进行的自动类型转换,如果编译器看到一个表达式或函数调用使用了一个不合适的类型，它会尝试执行一个自动类型转换，从现在的类型转换到要求的类型,内置类型之间的标准提升和转换,用户自定义的类型转换,用户定义的自动类型转换函数,转换构造函数,带单个参数的构造函数提供了参数类型的对象到本类型对象的转换,operator type,运算符重载,将本类型的对象转换为其他类型,用户定义的类型转换,operator type,运算符重载可以将当前类型转换为,type,指定的类型,这个运算符只能用成员函数重载,不必指定,operator type,运算符函数的返回类型,返回类型就是正在重载的运算符中指定的,type,代码示例（,typeconversion,）,自动类型转换在减少代码方面有很大作用，但也可能会引起一些麻烦,代码示例（,sideeffect,）,全局运算符和成员运算符,成员函数和全局函数两种运算符重载方式应该如何选择？,如果没有差异，应该是成员运算符，因为强调了运算符和类的密切关系,成员运算符使用的限制是左操作数必须是当前类的对象，不能进行自动类型转换,全局运算符为两个操作数都提供了转换的可能性,如果希望运算符的两个操作数都能进行类型转换，则使用全局函数重载运算符,代码示例（,eg,）,全局运算符和成员运算符,不常用的运算符,下标运算符,下标运算符,operator,必须是成员函数，它只接受一个参数，通常是整值类型,下标运算符所作用的对象应该像数组一样操作,该运算符一般返回一个元素的引用，以便用作左值,代码示例,vect,函数调用运算符,(),函数调用运算符必须用成员函数重载,是唯一允许带任意个数参数的运算符,这个运算符使对象看起来像一个函数,代码示例（,e.g.,）,在,C+,标准库中使用这个运算符创建函数对象,operator(),还可以用来提供需要多个下标的操作,代码示例（,e.g.,）,运算符,类类型的对象可以重载成员访问运算符,-,，以赋予一个类类型类似于指针的行为,通常用来实现灵巧指针类型，即一个类的行为像内置的指针类型，但支持某些额外的功能,重载方法,必须定义为一个成员函数,被重载为一元运算符，没有参数，当它在表达式中使用时，只根据左操作数的类型来选择它,返回类型必须是一个类类型的指针，或者是定义了箭头运算符的类的对象,如果返回类型是类类型的指针，则内置,操作的语义被应用在返回值上,如果返回的是另一个类的对象或引用，则重复这个过程，直到返回的是指针类型,代码示例（,e.g.,）,重载,如果希望一个自定义的类型支持输入和输出,操作需要,提供重载的输入和输出,运算符,operator,只能用全局函数的形式重载这两个运算符,重载形式,ostream,istream,代码示例（,e.g.,）,new,和,delete,new,和,delete,是管理动态存储空间的运算符，它们是为通用目的而设计的,C+,允许重载这两个运算符以满足特殊的需要,重载全局,new,和,delete,为类重载,new,和,delete,重载数组,new,和,delete,重载全局,new,和,delete,当全局版本的,new,和,delete,不能满足整个系统的要求时，可以对其重载,重载全局版本后，默认的版本就完全不能被访问，甚至在重新的定义里也不能调用它们。,重载形式,重载的,new,必须有一个,size_t,类型的参数，指定要分配的内存的长度；,new,返回一个,void*,指针，如果没有足够的存储单元，返回,0,。,size_t,在库文件,cstddef,中用,typedef,定义,operator delete(),的参数是一个由,operator new(),分配的,void*,指针，返回类型是,void,。,重载全局,new,和,delete,重载全局,new,和,delete,之后，即使对内置类型的,new,和,delete,也使用重载后的运算符。,重载,new,和,delete,时，只是改变内存分配的方法，并不改变调用构造函数和析构函数的行为,代码示例,e.g.,为类重载,new,和,delete,类可以定义自己,new,和,delete,来取代全局的,new,和,delete,来分配和释放本类型的对象,类成员,operator new(),的返回类型必须是,void*,类型，并且有一个,size_t,类型的参数,当,new,表达式创建一个类类型的对象时，编译器查看该类释放有一个成员,operator new(),，如果有，则选择这个函数为该对象分配内存；否则调用全局运算符,new,。,类成员,operator delete(),的返回类型是,void,，第一个参数的类型是,void*,当,delete,表达式的操作数是一个指向类类型对象的指针时，编译器检查该类是否有一个成员,operator delete(),，如果有，则选择该函数为类对象释放内存；否则调用全局运算符,delete,。,代码示例（,storage,）,为类重载,new,和,delete,增加或去掉一个类的,operatpr new(),和,operator delete(),并不影响用户的代码,因为,new,和,delete,表达式在调用全局,new,和,delete,与调用类成员,operator new(),和,operator delete(),时，其形式相同,程序员可以通过全局作用域解析符,“,:,”,来选择调用全局的,new,和,delete,。,operator new(),和,operator delete(),都是类的静态成员，它们遵从静态成员函数的一般限制，但无需显式地将它们声明为静态的,重载数组,new,和,delete,如果要分配和释放对象数组，就需要在类中重载,operator new(),和,operator delete(),类成员,operator new(),返回类型是,void*,，第一个参数的类型是,size_t,。,当一个,new,表达式创建一个类类型对象的数组时，编译器将检查该类是否有成员操作符,operator new(),，如果有则调用该操作符来分配数组，否则将调用全局,new,。,成员,operator delete(),返回类型是,void,，第一个参数必须是,void*,类型,删除类的数组时使用,delete,表达式的数组语法,当,delete,的操作数是一个类类型的指针时，编译器会检查该类是否重载了,operator delete(),，如果有则调用该运算符来释放数组；否则调用全局,delete,。,本章小结,运算符重载为我们使用自定义类型提供了语法上的方便,我们通过定义运算符函数来重载运算符，这些函数可以是成员函数，也可以是全局函数,重载运算符只有在操作数是用户自定义类型才会被调用,上机作业：运算符,重载,Rational,类中的运算符重载,operator,operator+,-,*,/,operator,operator,=,=,!=,与,double,之间的类型转换,编写一个电话号码本类,PhoneBook,，电话本中的每一个条目包含两个项：,name,和,number,实现电话号码的按姓名检索操作，格式：,phoneBookObjpersonName,结果为相应的,phoneNumber,