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详细介绍运算符重载函数，清晰明了

news 来源：原创 2024/7/7 22:58:25

祝各位六一快乐~

前言

1.为什么要进行运算符重载？

C++中预定义的运算符的操作对象只能是基本数据类型。但实际上，对于许多用户自定义类型（例如类），也需要类似的运算操作。这时就必须在C++中重新定义这些运算符，赋予已有运算符新的功能，使它能够用于特定类型执行特定的操作。

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其
返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似

2.什么是运算符重载？

运算符重载是通过创建运算符函数实现的，运算符函数定义了重载的运算符将要进行的操作。

1.基本知识

操作符重载，本质上就是函数重载（详细了解可点击阅读函数重载），它大大丰富了已有操作符的含义，方便使用

运算符重载格式如下：

1.函数名:operator+需要重载的运算符符号

2.函数原型:返回值类型 operator+符号(形参参数列表)

3.必须有一个类类型的参数

4. :: ?: . .* sizeof 这五个运算符不能重载

5.用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义

6.作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐
藏的this

7.不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@

8.运算符重载时必须遵循的原则

重载运算符含义必须清楚；
重载运算符不能有二义性。

9.算符函数重载的两种形式

重载为类的成员函数
重载为类的非成员函数（非成员函数通常是友元函数）。

注：可以把一个运算符作为一个非成员、非友元函数重载。但是，这样的运算符函数访问类的私有和保护成员时，必须使用类的公有接口中提供的设置数据和读取数据的函数，调用这些函数时会降低性能。可以内联这些函数以提高性能。

补充知识：友元函数

一、友元函数的作用

提供数据共享接口：为不同类之间的成员函数，以及类的成员函数与一般函数之间提供了数据共享的接口。
支持类间紧密协作：当两个或多个类之间需要进行紧密的协作和交互时，友元函数允许直接访问私有成员，减少系统开销，提高效率。
支持运算符重载：在某些情况下，可能需要重载运算符并操作两个不同对象之间的私有数据。此时可以将相应操作符重载函数声明为两个类的友元。

二、友元函数的特点（重点）

与类的成员函数具有一样的权限：友元函数可以访问类的所有成员，包括私有成员。
不属于任何类：友元函数是定义在类外的普通函数，不属于任何类。
没有this指针：由于友元函数不是类的成员函数，因此它没有this指针。

三、友元函数的用法

声明方式：友元函数需要在类中进行声明，前面需要加上friend关键字，可以放在公有部分也可以放在私有部分。
多类友元：一个函数可以是多个类的友元函数，只需要在个各类中分别进行声明。
调用方式：友元函数的调用与一般函数的调用方式和原理一致。

四、注意事项

破坏封装性：友元函数破坏了类的封装性和类数据的隐藏性，因此在使用时需要谨慎考虑。
避免过度使用：原则上应尽量少使用或不使用友元，除非确实能显著提高开发效率。
2.经典运算符重载的代码示例（主要以日期类为例）

2.1operator+，operator-，operator+=，operator-=

以复数类为例

代码

#include<iostream>
using namespace std;//负数类
class complex
{
public:complex(double r = 0, double i = 0) :_real(r), _imag(i) {}complex operator +(const complex& c); //+运算符complex operator -(const complex& c);//-运算符complex& operator +=(const complex& c); //+=运算符complex& operator -=(const complex& c);//-=运算符complex& operator - ();//求负运算符void Print()const{cout << "(" << _real << "," << _imag << ")" << endl;}
private:double _real;//实部double _imag;//虚部
};
complex complex::operator +(const complex& c) //+运算符
{complex tmp;tmp._real = _real + c._real;tmp._imag = _imag + c._imag;return tmp;
}
complex complex::operator -(const complex& c) //-运算符
{complex tmp;tmp._real = _real - c._real;tmp._imag = _imag - c._imag;return tmp;
}
complex& complex::operator +=(const complex& c) //+=运算符
{_real += c._real;_imag += c._imag;return *this;
}
complex& complex::operator -=(const complex& c) //-=运算符
{_real -= c._real;_imag -= c._imag;return *this;
}
complex& complex::operator - ()//求负运算符
{_real = -_real;_imag = -_imag;return *this;
}
int main()
{complex c1(3.5, 5), c2(6, 8), c3, c4, c5;c3 = c1 + c2;c3.Print();c4 = c2 - c1;c4.Print();c1 += c2;c1.Print();c2.Print();c2 -= c1;c1.Print();c2.Print();c5 = -c2;c5.Print();return 0;
}

2.2前置operator++（--），后置operator++（--）

前置++和后置++的函数名都是operator++（没错，又是函数重载），他们的区别在于前置++没有形参，后置++有一个形参int，但是我们在实际上使用时并不需要给后置++的形参int传实参，int只是为了区分前置++和后置++的标识。

前置--和后置--也是同样用形参int来区分。

以日期类为例

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0);// 拷贝构造函数// d2(d1)Date(const Date& d);// 获取某年某月的天数int GetMonthDay(int year, int month);// 日期+=天数Date& operator+=(int day);// 日期+天数Date operator+(int day)const;// 日期-=天数Date& operator-=(int day);// 日期-天数Date operator-(int day)const;// 前置++Date& operator++();// 后置++Date operator++(int);// 后置--Date operator--(int);// 前置--Date& operator--();void print()const;// 析构函数(日期类无需清理资源，析构函数不必显示写）//void print();//~Date()//{//cout << "~Date()" << endl;//}
private:int _year, _month, _day;
};Date::Date(int year, int month, int day)
{_year = year;_month = month;_day = day;
}
Date::Date(const Date& d)
{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;
}
int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{static int MonthDay[13] = { -1,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0 || year % 400 == 0)){return 29;}else{return MonthDay[month];}
}
void Date::print()const
{cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
Date& Date::operator+=(int day)
{if (day < 0){return *this -= -day;}_day += day;while (_day > GetMonthDay(_year, _month)){_day -= GetMonthDay(_year, _month);_month++;if (_month == 13){_month = 1;_year++;}}return *this;
}
Date Date::operator+(int day)const
{Date tmp = *this;tmp += day;return tmp;
}
Date& Date::operator-=(int day)
{if (day < 0){return *this += -day;}_day -= day;while (_day <= 0){_month--;if (_month == 0){_year--;_month = 12;}_day += GetMonthDay(_year, _month);}return *this;
}
Date Date::operator-(int day)const
{Date tmp = *this;tmp -= day;return tmp;
}
void Test1()
{Date d1(2024, 4, 30);Date d2 = d1 + 3;d2.print();Date d3(2024, 12, 31);Date d5 = d3;d3 += 1;d3.print();d5 = d5 - 1;d5.print();d1 -= 30;d1.print();Date d4 = d1 - 3;d4.print();
}
// 前置++
Date& Date::operator++()
{//这里直接用刚刚实现的Date& Date::operator+=(int day)//只是++相当于day=1而已//减少了代码负担*this += 1;return *this;
}
// 后置++
Date Date::operator++(int)
{//这里直接用刚刚实现的Date& Date::operator+(int day)Date tmp = *this;*this += 1;return tmp;
}
// 前置--
Date& Date::operator--()
{*this -= 1;return *this;
}
// 后置--
Date Date::operator--(int)
{Date tmp = *this;*this -= 1;return tmp;
}
void Test2()
{Date d1(2024, 6, 1);Date d2(2023, 12, 31);Date d3 = d1--;Date d4 = d2++;d3.print();d4.print();Date d5 = --d3;Date d6 = ++d4;d5.print();d6.print();
}
int main()
{//Test1();//可以自行测试Test2();
}

2.3operator<,operator<=,operator==,operator!=,operator>=,operator>

只需要实现operator<,operator==，其他的运算符重载就能轻松实现了，下面我们一起看一下吧

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0);Date(const Date& d);// 获取某年某月的天数int GetMonthDay(int year, int month);// >运算符重载bool operator>(const Date& d);// ==运算符重载bool operator==(const Date& d);// >=运算符重载bool operator >= (const Date& d);// <运算符重载bool operator < (const Date& d);// <=运算符重载bool operator <= (const Date& d);// !=运算符重载bool operator != (const Date& d);void print()const;private:int _year, _month, _day;
};Date::Date(int year, int month, int day)
{_year = year;_month = month;_day = day;
}
Date::Date(const Date& d)
{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;
}
int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{static int MonthDay[13] = { -1,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0 || year % 400 == 0)){return 29;}else{return MonthDay[month];}
}
void Date::print()const
{cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}bool Date::operator < (const Date& d)
{if (_year < d._year){return true;}else if (_year == d._year){if (_month < d._month){return true;}else if (_month == d._month){if (_day < d._day){return true;}}}return false;
}
bool Date::operator == (const Date& d)
{return _year == d._year&&_month == d._month&&_day == d._day;
}
bool Date::operator != (const Date& d)
{return !(*this == d);
}
bool Date::operator <= (const Date& d)
{return *this < d || *this == d;
}
bool Date::operator > (const Date& d)
{return !(*this <= d );
}
bool Date::operator >= (const Date& d)
{return !(*this < d);
}
int main()
{Date d1(2024, 3, 2), d2(2023, 5, 6);cout << (d1 == d2) << endl;cout << (d1 != d2) << endl;cout << (d1 <= d2) << endl;cout << (d1 >= d2) << endl;cout << (d1 < d2) << endl;cout << (d1 > d2) << endl;
}