C++运算符重载：让自定义类操作更便捷

### C++ 运算符重载：让自定义类操作更便捷 #### 1. 运算符重载简介 在 C++ 中，内置类型（如 `int`）可以方便地使用各种运算符，例如加法（`+`）和乘法（`*`）。以下是一个简单的示例： ```cpp int x = 17, y = 12, z; z = x * (y + 5); ``` 在这个例子中，C++ 编译器知道如何处理 `*` 和 `+` 运算符，最终 `z` 的值为 289。 如果使用自定义类来实现相同的功能，代码会变得更加复杂。例如，使用 `Number` 类： ```cpp Number x(17); Number y(12); Number z, temp; temp = y.add(5); z = x.multiply(temp); ``` 虽然结果仍然是 289，但代码明显更长且更复杂。为了简化操作，C++ 提供了运算符重载技术，允许自定义类使用运算符进行操作。 运算符重载定义了特定运算符与类对象一起使用时的行为。几乎所有 C++ 运算符都可以被重载，使用运算符编写的表达式更易于阅读和理解。 #### 2. 计数器类示例 为了更好地理解运算符重载，我们从一个简单的 `Counter` 类开始。以下是 `Counter.cpp` 的完整代码： ```cpp #include <iostream> class Counter { public: Counter(); ~Counter(){} int getValue() const { return value; } void setValue(int x) { value = x; } private: int value; }; Counter::Counter(): value(0) {} int main() { Counter c; std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; return 0; } ``` 这个程序创建了一个 `Counter` 对象并显示其当前值，输出为 `The value of c is 0`。然而，目前这个 `Counter` 对象不能像内置 `int` 类型那样进行递增、递减、加法、赋值等操作，也不能方便地显示其值。接下来我们将解决这些问题。 #### 3. 编写递增方法 运算符重载为自定义类提供了原本缺失的功能。在类中重载运算符最常见的方法是使用成员函数，其函数声明形式如下： ```cpp returnType operatorsymbol(parameter list) { // 重载成员函数的主体 } ``` 函数名由 `operator` 后跟要定义的运算符组成，例如 `+` 或 `++`。`returnType` 是函数的返回类型，参数列表根据运算符的不同可以包含零个、一个或两个参数。 以下是 `Counter2.cpp` 的代码，展示了如何重载递增运算符 `++`： ```cpp #include <iostream> class Counter { public: Counter(); ~Counter(){} int getValue() const { return value; } void setValue(int x) { value = x; } void increment() { ++value; } const Counter& operator++(); private: int value; }; Counter::Counter(): value(0) {} const Counter& Counter::operator++() { ++value; return *this; } int main() { Counter c; std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; c.increment(); std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; ++c; std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; Counter a = ++c; std::cout << "The value of a: " << a.getValue(); std::cout << " and c: " << c.getValue() << std::endl; return 0; } ``` 这个程序多次递增 `Counter` 对象并创建了另一个对象，输出结果如下： ``` The value of c is 0 The value of c is 1 The value of c is 2 The value of a: 3 and c: 3 ``` 在第 35 行，`++c` 调用了 `operator++` 成员函数，该函数递增成员变量 `value` 并返回当前对象的引用。由于返回的是当前对象的引用，因此可以将其赋值给变量 `a`。 需要注意的是，如果 `Counter` 对象分配了内存，可能需要重写拷贝构造函数。在这个例子中，默认的拷贝构造函数就可以正常工作。返回的是 `Counter` 引用，避免了创建额外的临时对象，并且由于函数不会改变对象的值，所以返回的是 `const` 引用。 #### 4. 重载后缀运算符 前面的示例使用了前缀版本的 `++` 递增运算符，那么如何重载后缀运算符呢？由于前缀和后缀运算符都是 `++`，仅通过函数名无法区分它们。 为了重载后缀运算符，需要在 `operator++()` 成员函数中添加一个 `int` 类型的参数，这个整数不会被使用，只是作为一个标志，表示该函数定义的是后缀运算符。 以下是 `Counter3.cpp` 的代码，展示了如何重载前缀和后缀运算符： ```cpp #include <iostream> class Counter { public: Counter(); ~Counter(){} int getValue() const { return value; } void setValue(int x) { value = x; } const Counter& operator++(); // 前缀 const Counter operator++(int); // 后缀 private: int value; }; Counter::Counter(): value(0) {} const Counter& Counter::operator++() // 前缀 { ++value; return *this; } const Counter Counter::operator++(int) // 后缀 { Counter temp(*this); ++value; return temp; } int main() { Counter c; std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; c++; std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; ++c; std::cout << "The value of c is " << c.getValue() << std::endl; Counter a = ++c; std::cout << "The value of a: " << a.getValue(); std::cout << " and c: " << c.getValue() << std::endl; a = c++; std::cout << "The value of a: " << a.getValue(); std::cout << " and c: " << c.getValue() << std::endl; return 0; } ``` 这个程序重载了前缀和后缀递增