面向对象程序设计语言C++ - 第5章 运算符重载

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面向对象程序设计语言C++电子科技大学示范性软件学院

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第五章 引论当在使用一种程序设计语言编写程序时，我们不仅 要设计新的数据类型，同时还要为新类型设计 运算。一般地，用户定义类型的运算都是用函 数的方式实现的。而在一般情况下，一种类型 的运算都是用运算符表达的，这很直观，语义 也简单。 但是如果直接将运算符作用在用户定义类型之上， 那么编译器将不能识别运算符的语义。因此， 在这种情况下，我们需要一种特别的机制来重 新定义作用在用户定义类型上的普通运算符的 含义。这就是运算符重载的简单概念。

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第五章 引论其实在C编译器里早就存在简单的运算符重载的概 念了。考虑整型和浮点型两种加法运算： int a = 1, b; b = a + 2; float c = 1.0, d; d = c + 2.0; 在上面的两条加法语句中，都用到了运算符“+”。 这符合我们数学常识。但对于C编译器来说，这 两个加法却被翻译成不同的指令。这就是说， “+”运算符至少具有两种不同的解释(实现代 码)。此时我们说， “+”运算符被重载了。 遗憾的是，C仅支持很少量的运算符重载。

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第五章 引论C++扩充了C运算符重载的功能，允许已存在的预 定义运算符由用户在不同的上下文中做出不同 的解释。 我们来看一个实际的例子：当两个字符串类进行连 接的时候，我们可能用到这样的方式：class String { String string_cat(String); … } String str1, str2, str3; str3 = str1.string_cat(str2);

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第五章 引论显然，这不如 str3 = str1 + str2 来的简单明了。但问题是，C++编译器只知道+运 算符是作用在整型和浮点型数据之上的，它不 知道在上述表达式中+运算符的确切含义。因此， 在设计类String时，我们必须重新定义+运算符 的含义。这样一来，语义变得更加清晰和易懂。

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第五章 引论在原来预定义的运算符含义的基础上，再定义对于 某个用户定义类型的对象进行操作的新的含义。 这就是运算符重载。 运算符重载后，其优先级和结合性不变。 在C++中，类型转换函数也被认为是一种特殊的运 算符，所以也能被重载。

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第五章 引论 5.1 重载运算符class Complex { double re, im; public: Complex(double r, double im): re(r), im(i) {} Complex() { re = 0.0; im = 0.0; } Complex add_Complex(Complex c) { Complex temp; temp.re = re + c.re; temp.im = im + c.im; return temp; } };7

考虑复数的加法运算：

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第五章 引论 5.1 重载运算符void main( ) { Complex obj1(1,2),obj2(3,4); Complex obj3=obj1.add_Complex(obj2); … }

考虑复数的加法运算：

使用 obj1.add_Complex(obj2); 表示该函数的调用，不太直观。能不能将2个复数相 加表示为：obj1+obj2 呢？8

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第五章 引论

5.1 重载运算符C++提供了一种将标准定义的运算符用在用户自定 义类型上的方法，称为运算符重载。C++约定，如 果一个成员函数的函数名字是特殊的，即由关键 字operator加上一个运算符构成，如operator+。 因此，obj1+obj2称为函数operator+()的隐式调用形 式； obj1.operator+(obj2) 称为函数operator+()的显示调 用形式； 函数operator+()称为运算符重载函数。

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第五章 引论 5.1 重载运算符class Complex { double re, im; public: Complex(double r, double im): re(r), im(i) {} Complex() { re = 0.0; im = 0.0; } Complex operator+(Complex c) { Complex temp; temp.re = re + c.re; temp.im = im + c.im; return temp; } };10

重载的版本：

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第五章 引论 5.1 重载运算符void main( ) { Complex obj1(1,2),obj2(3,4); Complex obj3=obj1+obj2; … }

考虑复数的加法运算：

程序中的 obj1+obj2 等价于：obj1.operator+(obj2)

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第五章 引论 5.1 重载运算符5.1.1运算符重载的语法形式 运算符重载的语法形式在C++中，运算符通过一个运算符重载函数进行重载。运算 符重载可以采用成员函数和普通函数两种重载方式，语法 形式如下： (1)运算符重载函数为成员函数的语法形式为： type Class_Name::operator@(参数表) { //相对于Class_Name类而定义的操作 } 其 中 ， type 是 返 回 类 型 ， “@” 是 要 重 载 的 运 算 符 符 号 ， Class_Name 是 重 载 该 运 算 符 的 类 的 类 名 ， 函 数 名 operator@是关键字operator后跟要重载的运算符符号“@” 。这里用“@”泛指能被重载的运算符。

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第五章 引论 5.1 重载运算符5.1.1运算符重载的语法形式 运算符重载的语法形式 (2)运算符重载函数为友元函数的语法形式为： type operator@(参数表) { //相对于该类而定义的操作 }

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第五章 引论 5.1 重载运算符5.1.2 重载运算符规则 (1)大多数系统预定义的运算符可以通过运算符重载 函数定义它们对用户定义类型进行操作的新的含 义。只有少数的C++语言的运算符不能重载： :: Sizeof ?: . .* 域运算符和sizeof运算符的运算对象是类型而不是变 量或者一般表达式，不具备重载的特征，而成员 访问运算符和成员指针访问运算符不能重载是为 了保证访问成员的功能不能被改变。

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第五章 引论 5.1 重载运算符5.1.2 重载运算符规则 (2)只能对已有的C++运算符进行重载，C++允许用 户自己定义新的运算符，如“$”和“**”等。对于不 是运算符的符号，如“;”等是不能重载的，C++语 言不允许的运算符也不能重载， (3)重载运算符时，不能改变它们的优先级，不能改 变它们的结合性，也不能改变这些运算符所需操 作数的数目。 (4)重载运算符的函数不能有默认的参数，否则就改 变了运算符所需要的

操作数的数目。15

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第五章 引论 5.1 重载运算符5.1.2 重载运算符规则 (5)重载的运算符必须和用户自定义类型的对象一起 使用，其参数至少应用一个是类对象(或类对象 的引用)。也就是说，参数不能全部是C++的标 准类型，以防止用户修改用于标准类型数据的运 算符的性质。 (6)用于类对象的运算符一般必须重载，只有两个运 算符：赋值运算符‘=’和地址运算符‘&’可以不 必重载。