详解C++编程中的单目运算符重载与双目运算符重载
C++单目运算符重载
单目运算符只有一个操作数,如!a,-b,&c,*p,还有最常用的++i和--i等。重载单目运算符的方法与重载双目运算符的方法是类似的。但由于单目运算符只有一个操作数,因此运算符重载函数只有一个参数,如果运算符重载函数作为成员函数,则还可省略此参数。
下面以自增运算符”++“为例,介绍单目运算符的重载。
[例]有一个Time类,包含数据成员minute(分)和sec(秒),模拟秒表,每次走一秒,满60秒进一分钟,此时秒又从0开始算。要求输出分和秒的值。
#include<iostream> usingnamespacestd; classTime { public: Time(){minute=0;sec=0;}//默认构造函数 Time(intm,ints):minute(m),sec(s){}//构造函数重载 Timeoperator++();//声明运算符重载函数 voiddisplay(){cout<<minute<<":"<<sec<<endl;}//定义输出时间函数 private: intminute; intsec; }; TimeTime::operator++()//定义运算符重载函数 { if(++sec>=60) { sec-=60;//满60秒进1分钟 ++minute; } return*this;//返回当前对象值 } intmain() { Timetime1(34,0); for(inti=0;i<61;i++) { ++time1; time1.display(); } return0; }
运行情况如下:
34:1 34:2 ┆ 34:59 35:0 35:1(共输出61行)
可以看到:在程序中对运算符“++”进行了重载,使它能用于Time类对象。“++”和“--”运算符有两种使用方式,前置自增运算符和后置自增运算符,它们的作用是不一样的,在重载时怎样区别这二者呢?
针对“++”和“--”这一特点,C++约定,在自增(自减)运算符重载函数中,增加一个int型形参,就是后置自增(自减)运算符函数。
[例]在上面例子程序的基础上增加对后置自增运算符的重载。修改后的程序如下:
#include<iostream> usingnamespacestd; classTime { public: Time(){minute=0;sec=0;} Time(intm,ints):minute(m),sec(s){} Timeoperator++();//声明前置自增运算符“++”重载函数 Timeoperator++(int);//声明后置自增运算符“++”重载函数 voiddisplay(){cout<<minute<<":"<<sec<<endl;} private: intminute; intsec; }; TimeTime::operator++()//定义前置自增运算符“++”重载函数 { if(++sec>=60) { sec-=60; ++minute; } return*this;//返回自加后的当前对象 } TimeTime::operator++(int)//定义后置自增运算符“++”重载函数 { Timetemp(*this); sec++; if(sec>=60) { sec-=60; ++minute; } returntemp;//返回的是自加前的对象 } intmain() { Timetime1(34,59),time2; cout<<"time1:"; time1.display(); ++time1; cout<<"++time1:"; time1.display(); time2=time1++;//将自加前的对象的值赋给time2 cout<<"time1++:"; time1.display(); cout<<"time2:"; time2.display();//输出time2对象的值 }
请注意前置自增运算符“++”和后置自增运算符“++”二者作用的区别。前者是先自加,返回的是修改后的对象本身。后者返回的是自加前的对象,然后对象自加。请仔细分析后置自增运算符重载函数。
运行结果如下:
time1:34:59(time1原值) ++time1:35:0(执行++time1后time1的值) time1++:35:1(再执行time1++后time1的值) time2:35:0(time2保存的是执行time1++前time1的值)
可以看到,重载后置自增运算符时,多了一个int型的参数,增加这个参数只是为了与前置自增运算符重载函数有所区别,此外没有任何作用。编译系统在遇到重载后置自增运算符时,会自动调用此函数。
C++双目运算符重载
双目运算符(或称二元运算符)是C++中最常用的运算符。双目运算符有两个操作数,通常在运算符的左右两侧,如3+5,a=b,i<10等。在重载双目运算符时,不言而喻在函数中应该有两个参数。
[例]定义一个字符串类String,用来存放不定长的字符串,重载运算符“==”、“<”和“>”,用于两个字符串的等于、小于和大于的比较运算。
为了使读者便于理解程序,同时也使读者了解建立程序的步骤,下面分几步来介绍编程过程:
1)先建立一个String类:
#include<iostream> usingnamespacestd; classString { public: String(){p=NULL;}//默认构造函数 String(char*str);//构造函数 voiddisplay(); private: char*p;//字符型指针,用于指向字符串 }; String::String(char*str)//定义构造函数 {p=str;}//使p指向实参字符串 voidString::display()//输出p所指向的字符串 {cout<<p;} intmain() { Stringstring1("Hello"),string2("Book"); string1.display(); cout<<endl; string2.display(); return0; }
运行结果为:
Hello Book
2)有了这个基础后,再增加其他必要的内容。现在增加对运算符重载的部分。为便于编写和调试,先重载一个运算符“>”。程序如下:
#include<iostream> #include<string> usingnamespacestd; classString { public: String(){p=NULL;} String(char*str); friendbooloperator>(String&string1,String&string2);//声明运算符函数为友元函数 voiddisplay(); private: char*p;//字符型指针,用于指向字符串 }; String::String(char*str) {p=str;} voidString::display()//输出p所指向的字符串 {cout<<p;} booloperator>(String&string1,String&string2)//定义运算符重载函数 { if(strcmp(string1.p,string2.p)>0) returntrue; elsereturnfalse; } intmain() { Stringstring1("Hello"),string2("Book"); cout<<(string1>string2)<<endl; }
程序运行结果为1。
这只是一个并不很完善的程序,但是,已经完成了实质性的工作了,运算符重载成功了。其他两个运算符的重载如法炮制即可。
3)扩展到对3个运算符重载。
在String类体中声明3个成员函数:
friendbooloperator>(String&string1,String&string2); friendbooloperator<(String&string1,String&string2); friendbooloperator==(String&string1,String&string2);
在类外分别定义3个运算符重载函数:
booloperator>(String&string1,String&string2)//对运算符“>”重载 { if(strcmp(string1.p,string2.p)>0) returntrue; else returnfalse; } booloperator<(String&string1,String&string2)//对运算符“<”重载 { if(strcmp(string1.p,string2.p)<0) returntrue; else returnfalse; } booloperator==(String&string1,String&string2)//对运算符“==”重载 { if(strcmp(string1.p,string2.p)==0) returntrue; else returnfalse; }
再修改主函数:
intmain() { Stringstring1("Hello"),string2("Book"),string3("Computer"); cout<<(string1>string2)<<endl;//比较结果应该为true cout<<(string1<string3)<<endl;//比较结果应该为false cout<<(string1==string2)<<endl;//比较结果应该为false return0; }
运行结果为:
1 0 0
结果显然是对的。到此为止,主要任务基本完成。
4)再进一步修饰完善,使输出结果更直观。下面给出最后的程序。
#include<iostream> usingnamespacestd; classString { public: String(){p=NULL;} String(char*str); friendbooloperator>(String&string1,String&string2); friendbooloperator<(String&string1,String&string2); friendbooloperator==(String&string1,String&string2); voiddisplay(); private: char*p; }; String::String(char*str) {p=str;} voidString::display()//输出p所指向的字符串 {cout<<p;} booloperator>(String&string1,String&string2) { if(strcmp(string1.p,string2.p)>0) returntrue; else returnfalse; } booloperator<(String&string1,String&string2) { if(strcmp(string1.p,string2.p)<0) returntrue; else returnfalse; } booloperator==(String&string1,String&string2) { if(strcmp(string1.p,string2.p)==0) returntrue; else returnfalse; } voidcompare(String&string1,String&string2) { if(operator>(string1,string2)==1) {string1.display();cout<<">";string2.display();} else if(operator<(string1,string2)==1) {string1.display();cout<<"<";string2.display();} else if(operator==(string1,string2)==1) {string1.display();cout<<"=";string2.display();} cout<<endl; } intmain() { Stringstring1("Hello"),string2("Book"),string3("Computer"),string4("Hello"); compare(string1,string2); compare(string2,string3); compare(string1,string4); return0; }
运行结果为:
Hello>Book Book<Computer Hello==Hello
增加了一个compare函数,用来对两个字符串进行比较,并输出相应的信息。这样可以减轻主函数的负担,使主函数简明易读。
通过这个例子,不仅可以学习到有关双目运算符重载的知识,而且还可以学习怎样去编写C++程序。由于C++程序包含类,一般都比较长,有的初学C++的读者见到比较长的程序就发怵,不知该怎样着手去阅读和分析它。轮到自己编程序,更不知道从何入手,往往未经深思熟虑,想到什么就写什么,一口气把程序写了出来,结果一运行,错误百出,光为找出错位置就花费了大量的时间。根据许多初学者的经验,上面介绍的方法是很适合没有编程经验的初学者的,能使人以清晰的思路进行程序设计,减少出错机会,提高调试效率。
这种方法的指导思想是:先搭框架,逐步扩充,由简到繁,最后完善。边编程,边调试,边扩充。千万不要企图在一开始时就解决所有的细节。类是可扩充的,可以一步一步地扩充它的功能。最好直接在计算机上写程序,每一步都要上机调试,调试通过了前面一步再做下一步,步步为营。这样编程和调试的效率是比较高的。大家可以试验一下。