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C++第七节课运算符重载

news 来源：原创 2024/9/19 15:47:02

一、运算符重载

并不是所有情况下都需要运算符重载，要看这个运算符对这个类是否有意义！

例如：日期减日期可以求得两个日期之间的天数；但是日期 + 日期没有意义！

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}//private:int _year;int _month;int _day;
};bool operator<(const Date& d1, const Date& d2)
{if (d1._year < d2._year){return true;}else if (d1._year == d2._year && d1._month < d2._month){return true;}else if (d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day < d2._day){return true;}elsereturn false;
}
int main()
{Date d1(2023,11,20);Date d2(2023,10, 10);d1 < d2;   //第一种调用形式operator<(d1 , d2); // 两种调用方法都可以（第二种调用形式）return 0;
}

在上述例子中我们对<进行重载，使其可以比较两个对象的日期大小！

d1<d2 和operator<(d1,d2)两者是等价的！编译器会将第一种调用形式转化为第二种调用形式；

从底层来看，两者执行的汇编指令是一样的！

但是这里有个问题，在类的外面不能访问private和protect！（上面是将private改为public）

因此，我们可以将函数写在类的内部，这样子方便调用！

但是，直接放入类中会报错：

这是因为：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！

不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
重载操作符必须有一个类类型参数
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
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
.*（点星，这个运算符很少用） ::（域作用限定符） sizeof ?:（三目） .（成员访问）注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。

使用成员函数进行运算符重载如下所示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}bool operator<(const Date& x){if (_year < x._year){return true;}else if (_year == x._year && _month < x._month){return true;}else if (_year == x._year && _month == x._month && _day < x._day){return true;}elsereturn false;}//private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1(2023,11,20);Date d2(2023,10, 10);d1 < d2;// operator<(d1 , d2); // 两种调用方法都可以d1.operator<(d2);   // 此时通过成员函数的方式调用！（或者直接比较）return 0;
}

返回值类型为bool；

此时调用函数是采用成员函数的方法调用，且依然可以直接进行比较！（这里依然是两个参数，只是第一个this参数被隐藏了！）

接下来我们看两个操作之间的汇编代码，可以发现两者的操作是等价的！

传入的参数必须有一个自定义类型（因为我们不能对内置类型进行重载！）

二、赋值运算符重载

引入：

如果我们想把d2的值赋值给d1，此时我们就需要用到赋值运算符！（这个等号被称为赋值运算符）

拷贝构造是：用一个对象初始化创建另一个对象；
赋值运算符重载是已经存在的两个对象之间的拷贝!

如下所示：

接下来我们尝试写一下最简单版本的赋值重载运算符函数：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}bool operator<(const Date& x){if (_year < x._year){return true;}else if (_year == x._year && _month < x._month){return true;}else if (_year == x._year && _month == x._month && _day < x._day){return true;}elsereturn false;}void operator=(const Date& x){_year = x._year;_month = x._month;_day = x._day;}//private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1(2023,11,20);Date d2(2023,10, 10);d1 < d2;// operator<(d1 , d2); // 两种调用方法都可以d1.operator<(d2);   // 此时通过成员函数的方式调用！（或者直接比较）// 将d2的值赋值给d1d1 = d2;d1.operator=(d2);cout << d1._year << endl;cout << d1._month << endl;cout << d1._day << endl;return 0;
}

函数的返回值类型为void！

通过结果发现可以完成对象之间的赋值！（对于日期来说我们需要的就是浅拷贝！）

小插曲：

对C语言来说，支持这样的连续赋值：将0赋值给k（整个返回式的结果为k），k赋值给j（整个返回式的结果为j），j赋值给i（整个返回式的结果为i）；

那么两个对象是否可以这样赋值呢？

其实不可以！

自定义类型是转换为对应的两个函数调用，但是这里调用的返回值是void！

正确的操作应该是让右边的表达式返回d4！再将d4的值返回给d5！

因此我们修改下赋值运算符重载函数：

	Date operator=(const Date& x){_year = x._year;_month = x._month;_day = x._day;return *this;}

例如d4 = d1，这里的返回值就是d4！

其返回值应该是一个数据，且this指针可以在函数内调用，这也是this指针的一大应用！

但是这里的返回类型是对象，因此会调用拷贝构造函数！（每一次重载赋值都要调用一次拷贝构造函数，效率太低下！）

出了作用域，this指针不在，但是*this还存在！因此这里我们建议使用引用返回！（返回的是*this的别名）

因此，最终我们的赋值运算重载函数就从上面进化到了下面：

注意点：所有的指针类型都是内置类型，哪怕是stack* / queue*！

对于下面的代码：

d1 = d1；

此时对于上面的函数体内，this和d实际上都是d1的地址，因此此时赋值没有意义，我们可以将其做以下的修改：（如果相等直接返回任意一个的地址即可，不需要中间赋值，从而提高效率）

	Date operator=(const Date& x){if (this != &x)// if(*this != x){_year = x._year;_month = x._month;_day = x._day;}return *this;}

如果将if替换为下面的注释行，即比较两个对象是否相等，此时需要调用赋值运算符重载，但是我们实现函数就是为了完成赋值运算符重载！发生报错！

注意：

用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。

注意：

内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符
重载完成赋值。

默认生成的赋值重载跟拷贝构造行为一样！

内置类型成员 -- 值拷贝/浅拷贝；
自定义类型成员会调用它的赋值重载！

能不能将赋值运算符重载写成一个全局函数？

不能！因为他是默认的成员函数（类中），如果写在外面会与类中的发生冲突！ --> 默认成员函数不可以写在全局域中！但是可以类和声明分开写（类中声明，外面定义）！

三、时间类的功能实现

1、获取一个月有多少天的功能实现：

	int GeiMonthDay(int year, int month){int daysArr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0) && month == 2){return 29;}else{return daysArr[month];}}

函数的优化：

第一个优化：

采用下面这种代码形式避免了每次都有先判断是不是闰年，判断闰年的代码较长，先判断闰年效率低下；

第二个优化：

因为该函数在之后需要被频繁调用，直接将开辟好的数组放到静态区有助于避免每次调用都要开辟栈帧，从而提高效率！

搞成内联函数的话也可以，但是编译器不一定会将其变为内联；

引用返回也可以，但是每次返回都是一个整型，只有四个字节，没有必要必须引用返回！且因为返回了整数常量，引用前还需要加上const！太过于麻烦！

一般内置类型传值传参不需要引用！

调整后的函数如下：

int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{static int daysArr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)){return 29;}else{return daysArr[month];}
}

2、日期 + 天数

我们给出一个初级的函数代码：

Date Date::operator+(int day)
{_day += day;while (_day > GetMonthDay(_year,_month)){_day -= GetMonthDay(_year, _month);++_month;while (_month == 13){++_year;_month = 1;}}return *this;
}

但是这个函数存在一些问题!

对一个变量来说，例如：

i+100;

i的值没有发生改变，实际上我们如果传入一个时间，要计算当日之后的100天是几月几号，实际上计算的是+=！(返回的date是+过日期后的date，date的值发生改变)（返回的是一个对象，因此我们这里最好用引用！）

对于内置类型来说，连续的+=可是满足语法条件的！

接下来我们尝试使用+实现：（+不能改变自己）

尽管引用返回会调用拷贝构造函数，降低效率，但是tmp出作用域被销毁，因此必须使用传值返回！（实现+=的时候*this没有被销毁，因此可以返回引用！）

整个表达式的返回值为tmp！

实现了+=之后，再实现+可以通过复用！

同样实现了+之后，再实现+=可以通过复用！

但是两种方法的对象的调用情况不一样：

这里的+=没有创建对象，运用的是引用；然后+创建了一次，返回了一次，共调用两次；

这种情况完成了4次的对象的创建，+中创建tmp再返回tmp（2次）；

+=中调用+也创建了两次，一共4次！（调用拷贝构造函数！）（*this不用创建）

3、前置++和后置++的重载

日期类也支持++的操作！

且++是一个单运算符，只有一个操作数！

前置++和后置++的区别：

前置++返回++后的对象；
后置++返回++前的对象；

因此不能用一个函数运算符重载！

class默认的operator++就是前置++，实现代码如下：

Date Date::operator++()
{*this += 1;return *this;
}

两个重载的运算符能不能构成函数重载？

可以！依然是根据参数不同调用不同的函数，后置++就是通过函数重载实现的！

规定后置++的参数列表中+上一个int类型用来区分！

可以不加上形参，因为这个参数不是用来接受传递值的，仅仅是为了占位，只是用来区分前置++和后置++的，构成函数重载！

当执行++d1的时候，编译器会自动转化为d1.operator() ；

当执行d1++的时候，编译器会自动转化为d1.operator(0) ；

（用来区分）

为什么说前置的效率比后置好？

后置会调用拷贝构造创建tmp，在返回对象tmp时也会调用，而前置++不会调用；

因此前置的效率比后置的高！

总的实现代码如下所示：

Date.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);void Print(){cout << _year << "_" << _month << "_" << _day << endl;}bool operator<(const Date& x);bool operator==(const Date& x);bool operator<=(const Date& x);bool operator>(const Date& x);bool operator>=(const Date& x);bool operator!=(const Date& x);// 日期 + 时间的返回值还是一个日期// 实现获取当前月份的天数int GetMonthDay(int year, int month);// 实现 日期 + 时间 返回日期Date& operator+=(int day);Date operator+(int day);Date operator++();  // 前置++Date operator++(int);  // 后置++private:int _year;int _month;int _day;
};

Date.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"data.h"// 分开写拷贝构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
{_year = year;_month = month;_day = day;
}
bool Date::operator<(const Date& x)
{if (_year < x._year){return true;}else if (_year == x._year && _month < x._month){return true;}else if (_year == x._year && _month == x._month && _day < x._day){return true;}return false;
}bool Date::operator==(const Date& x)
{return _year == x._year&& _month == x._month&& _day == x._day;
}//   d1<d2
//	 this = d1
//	 x = d2
bool Date::operator<=(const Date& x)
{return *this < x || *this == x;
}// 大于就是小于等于取反！
bool Date::operator>(const Date& x)
{return !(*this <= x);
}bool Date::operator>=(const Date& x)
{return !(*this < x);
}bool Date::operator!=(const Date& x)
{return !(*this == x);
}
int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{static int daysArr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)){return 29;}else{return daysArr[month];}
}
Date& Date::operator+=(int day)
{// 方法一_day += day;while (_day > GetMonthDay(_year,_month)){_day -= GetMonthDay(_year, _month);++_month;while (_month == 13){++_year;_month = 1;}}return *this;// 方法二// *this = *this + day;// return *this
}Date Date::operator+(int day)
{// 通过拷贝构造创建一个tmpDate tmp(*this);// 方法二:复用+=tmp += day;   // 方法一//tmp._day += day;//while (tmp._day > GetMonthDay(tmp._year, tmp._month))//{//	tmp._day -= GetMonthDay(tmp._year, tmp._month);//	++tmp._month;//	while (tmp._month == 13)//	{//		++tmp._year;//		tmp._month = 1;//	}//}return tmp;
}
Date Date::operator++()   // 前置++
{*this += 1;return *this;
}Date Date::operator++(int)  // 后置++
{Date tmp = Date(*this);*this + -1;return tmp;
}

main.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
// 运算符重载有一个自定义类型即可
// 不用全部类型都是自定义类型，例如：日期(自定义类西) + 天数(int)
#include"data.h"
void test1()
{Date d1(2023, 11, 20);d1 + 100;d1.Print();//Date d2(d1+100);Date d2 = d1 + 100;  // 上面两种调用方法都可以！d2.Print();d1 += 200;d1.Print();}
void test2()
{Date d1(2023, 11, 20);++d1;d1++;
}
int main()
{test1();return 0;
}