【C++】------ 类与对象(四)
- 6、赋值运算符重载
-
- 6.1、运算符重载
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- 6.1.1、基础知识
- 6.1.2、调用方法
- [6.1.3、前置++ 与 后置++ 的重载](#6.1.3、前置++ 与 后置++ 的重载)
- 6.1.4、注意事项
- [6.1.5、<< 和 >> 运算符重载](#6.1.5、<< 和 >> 运算符重载)
-
- [6.1.5.1、<< 和 >> 基础](#6.1.5.1、<< 和 >> 基础)
- [6.1.5.2、日期类 operator<< 的实现](#6.1.5.2、日期类 operator<< 的实现)
- [6.1.5.3、日期类 operator>> 的实现](#6.1.5.3、日期类 operator>> 的实现)
- 6.1.6、总结
- 6.2、赋值运算符重载
- 7、日期类的完整实现
6、赋值运算符重载
6.1、运算符重载
6.1.1、基础知识
像+、--- 、% 、>
等运算符,只对内置有效,但对于自定义类型
又该怎么办呢?
就拿 D a t e Date Date类 来说,日期与日期如何比较大小呢?简单地只使用一个 >/<
肯定是无法完成任务的。
解决上述问题,就需要用到 运算符重载
运算符重载的基本特点:
- 当运算符被用于
类类型
对象时,C++ 允许我们通过运算符重载的形式制定新的含义。C++ 规定类类型对象使用运算符时,必须转换成调用对应运算符重载
,若没有对应的运算符重载,则会编译报错- 运算符重载是具有特殊名字的函数,它的名字是由 o p e r a t o r operator operator 和后面要定义的运算符共同构成。和其他函数一样,它也有
返回类型
和参数列表
以及函数体
- 重载运算符函数的参数个数和该运算符作用的运算对象一样多。一元运算符有
一个参数
,二元运算符有两个参数
,二元运算符的左侧运算对象 向传给第一个参数 ,右测运算对象 传给第二个参数- 如果一个重载运算符函数是成员函数,则它的第一个运算对象默认传给隐式的 t h i s this this指针,因此运算符重在作为成员函数是,
参数比运算对象少一个
。
我们先写一个运算符重载函数来判断两个日期是否相等
cpp
class Date
{
public:
Date(int year = 2024, 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)
{
return d1._year == d2._year && \
d1._month == d2._month && \
d1._day == d2._day;
}
但现在还有一个问题:operator==
在类外,成员变量是私有,没有访问权限
有三种方法:
- 把成员变量的访问权限改为公有
- 提供 G e t Y e a r GetYear GetYear 等函数
- 友元函数(之后讲)
这次,三种方法我们都不用(虚晃一枪),直接把它变成成员函数不香吗
cpp
class Date
{
public:
Date(int year = 2024, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
bool operator==(const Date& d1)
{
return _year == d1._year && \
_month == d1._month && \
_day == d1._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
当运算符重载函数是成员函数时,它的第一个参数默认是 t h i s this this指针,因此参数比运算对象少一个。
6.1.2、调用方法
那运算符重载函数怎么调用呢?
它有两种调用方法:
cpp
int main()
{
Date d1(2023, 1, 1);
Date d2(2024, 1, 1);
//法一:如普通函数一样的调用方法
d1.operator==(d2);
//法二:写成运算符的调用方法(推荐)
d1 == d2;
return 0;
}
6.1.3、前置++ 与 后置++ 的重载
大家有没有想过,++运算符
怎么重载呢?毕竟 前置++ 和 后置++ 的运算符重载函数名都是 operator++
,并且参数都是一样的 (都为 t h i s this this指针),怎么进行区分呢?
C++ 规定,后置++
重载时,增加一个 i n t int int 参数,跟 前置++
构成函数重载,方便区分。
i n t int int 参数后面加不加形参名都可以,实际编译器实际上并不接受,只是为了标识
我们简单写一下 D a t e Date Date 的 前置++ 和 后置++:
cpp
//假设operator+=已经实现
//后置++
Date operator++(int)
{
Date tmp = *this;
*this += 1;
return tmp;
}
//前置++
Date& operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
可以看见 后置++ 比 前置++ 多了两次拷贝构造,因此对自定义类型
,尽量使用前置++,以减少拷贝提高效率
6.1.4、注意事项
-
运算符重载后,其
优先级
和结合性
与对应的内置类型运算符保持一致。重载后,运算符的优先级和结合性该怎样还是怎样,比如 ∗ * ∗ 的优先级依然比 ± 高。
-
不能
通过链接语法中没有的符号来产生新的操作符
:比如 operator@ -
.*
::
sizeof
?:
.
以上5个运算符不能重载(选择题例常考,大家要记住) -
运算符重载
可以构成 函数重载。比如对于日期类,以下两个运算符重载就构成函数重载
cpp
//以下两个运算符重载虽然函数名相同,但参数不同,构成运算符重载
//日期 - 天数
int operator-(const Date& d, int day);
//日期 - 日期
Date operator-(const Date& d1, const Date& d2);
运算符重载和函数重载虽然都有 "重载" 二字,但他们之间并没有关系。
- 函数重载指的是
函数名相同,参数不同
。- 运算符重载指的是
重新定义这个运算符
的行为。- 再就是 两个运算符重载的函数可以构成函数重载
- 重载操作符至少有一个类类型参数,不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义,如:
int operator+(int x, int y)
当然,不是全部参数都要自定义类型,有一个即可,比如上面的int operator-(const Date& d, int day);
- 一个类需要重载那些运算符,是看哪些运算符重载有意义
比如 D a t e Date Date类 重载 o p e r a t o r operator operator- 就有意义,重载成 o p e r a t o r operator operator+ 就没有意义(日期 + 日期是什么意思呢)
6.1.5、<< 和 >> 运算符重载
6.1.5.1、<< 和 >> 基础
我们想重载 <<
和 >>
来输入输出日期可不可以呢?我们来试一下
首先我们要知道,cout
是 ostream
类型的对象;cin
是 istream
类型的对象
为什么对内置类型 <<
能 自动识别类型并输出 呢?
是因为函数重载
类中把所有的内置类型都重载好了,他能自动识别
出函数重载,调用相应的函数进行输出
。
6.1.5.2、日期类 operator<< 的实现
那对于自定义类型
我们想继续使用 <<
,就需要我们自己重载运算符
我们来写日期类的流插入:
cpp
class Date
{
public :
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
{}
void operator<<(ostream& out)
{
out << _year << "年" << _month << "月" << _day << "号" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
上述代码的 o u t out out 是 c o u t cout cout 的引用
, o u t out out 就是 c o u t cout cout
我们测试一下:
cpp
int main()
{
Date d(2024, 1, 1);
d.operator<<(cout);
return 0;
}
运行结果:
可以看到,没有问题。
6.1.5.2.1、类型不匹配问题
运算符重载还有另外一种调用方式,我们也试一试
cpp
int main()
{
Date d(2024, 1, 1);
cout << d;
return 0;
}
报错了!
为什么呢?两种调用方法不是等价的吗?
别急,我们仔细看一下报错信息:"没有找到接受"Date"类型的右操作数的运算符(或没有可接受的转换)"
简单来说就是 参数不匹配
对于运算符重载函数来说,当操作数为二元操作数,左侧
的运算对象默认传给第一个参数
,右侧
的传给的第二个参数
。而成员函数的第一个参数默认是 t h i s this this指针,上述的传参方式会导致类型不匹配
因此正确的传参是:
cpp
int main()
{
Date d(2024, 1, 1);
d << cout;
return 0;
}
但d << cout;
这样传参是不是感觉怪怪的,想要cout << d;
传参,那只能把 t h i s this this指针 放在第二位
,ostream& out
放在第一位
。
那有没有办法把this指针放在第二个参数位置上呢?没有。因为 t h i s this this指针 是隐式
的,我们无法改变 ,C++规定 t h i s this this指针 默认是第一个参数
因此,operator<<
的重载只能放在类外,成 全局函数 。
但全局函数有一个问题:不能访问私有
我们可以在类中加一个友元声明(下期介绍),这样,类外的函数就可以访问私有啦
cpp
class Date
{
//有元声明
friend void operator<<(ostream& out, const Date& d);
public :
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "号" << endl;
}
6.1.5.2.2、连续赋值问题
但现在还有一个问题,它不支持连续输出
cpp
int main()
{
Date d1(2024, 1, 1);
Date d2(2023, 1, 1);
//无法连续输出
cout << d1 << d2;
return 0;
}
怎么解决呢?
首先我们要知道<<运算符
的结合性是从左往右的,因此先进行运算的是cout << d1
。
而cout << d1
应该要有一个返回值
以便能支持接下来 d 2 d2 d2 的输出,那这个返回值是什么呢?很显然是 c o u t cout cout
因此,正确的重载应该是这样:
cpp
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "号" << endl;
return out;
}
这里用 引用返回,返回 o u t out out,即 c o u t cout cout
6.1.5.3、日期类 operator>> 的实现
接下来我们实现流提取
cpp
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
cout << "请依次输入年月日:>";
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
流提取中,Date& d
不能加 c o n s t const const,因为提取出的数据要放在对象里面,是要改变对象的。
6.1.6、总结
- 当运算符被用于
类类型
对象时,C++ 允许我们通过运算符重载的形式制定新的含义。C++ 规定类类型对象使用运算符时,必须转换成调用对应运算符重载
,若没有对应的运算符重载,则会编译报错- 运算符重载是具有特殊名字的函数,它的名字是由 o p e r a t o r operator operator 和后面要定义的运算符共同构成。和其他函数一样,它也有
返回类型
和参数列表
以及函数体
- 重载运算符函数的参数个数和该运算符作用的运算对象一样多。一元运算符有
一个参数
,二元运算符有两个参数
,二元运算符的左侧运算对象 向传给第一个参数 ,右测运算对象 传给第二个参数- 如果一个重载运算符函数是成员函数,则它的第一个运算对象默认传给隐式的 t h i s this this指针,因此运算符重在作为成员函数是,
参数比运算对象少一个
。- 运算符重载后,其
优先级
和结合性
与对应的内置类型运算符保持一致- 不能通过链接语法中没有的符号来
创建新的操作符
:比如operator@
.*
::
sizeof
?:
.
以上5个运算符不能重载(选择题例常考,大家要记住)- 重载操作符 至少有一个类类型参数,不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义
- 一个类需要重载运算符,
是看哪些运算符重载后有意义
,比如 D a t e Date Date类 重载 o p e r a t o r operator operator- 就有意义,但是重载 o p e r a t o r operator operator+ 就没有意义- 重载++ 运算符时,有
前置++
和后置++
,运算符重载函数名都是 o p e r a t o r operator operator++,无法很好的区分。C++ 规定,后置++ 重载时,增加一个 i n t int int 形参,跟 前置++ 构成函数重载,方面区分- 重载
<<
和>>
时,需要重载为全局函数,因为重载为成员函数,== t h i s this this指针 ==默认抢占了第一个形参位置
,第一个形参位置是左侧运算对象,调用时就变成了对象 << cout
,不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数把 o s t r e a m ostream ostream / i s t r e a m istream istream 放到第一个形参位置就可以了,第二个形参位置当类类型对象。
6.2、赋值运算符重载
赋值运算符重载是一个默认成员函数,用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值,这里要注意跟拷贝构造
区分,拷贝构造用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象
5.2.1、赋值运算符重载的特点
赋值运算符重载的特点:
- 赋值运算符重载是一个运算符重载,规定必须重载为
成员函数
。赋值运算符重载的参数建议写成 c o n s t const const 当前类类型引用,否则会传值传参会有拷贝
- 有返回值,且建议
写成当前类类型的引用
,引用返回可以提高效率 ,有返回值目的是为了支持连续赋值场景
我们先尝试写一个赋值运算符重载
cpp
void operator=(const Date& d)
{
_year = d._yaer;
_month = d._month;
_day = d.day;
}
注:赋值运算符重载必须为成员函数
- 拷贝构造的参数建议写成引用。但不像调用拷贝构造,赋值重载可以写成传值传参,但传值传参要
多调用一次拷贝构造
- 赋值重载是有返回值的,返回值建议是
自身类类型的引用
。为什么呢?主要是存在连续复制的情况
cpp
int main()
{
Date d1(2024, 1, 1);
Date d2;
Date d3;
d3 = d2 = d1;
return 0;
}
赋值这个运算符是支持连续赋值
的,重载后的赋值函数也应支持连续赋值
比如:
cpp
int i, j, k;
i = j = k = 1;
这个表达式是怎么执行的呢?
"=" 运算符的结合性是从右往左的;1 赋值给 k k k, k k k = 1 这个表达式是有返回值
的,返回左操作数 k k k; k k k 赋值给 j j j,返回 j j j; j j j 再赋值给 i i i,返回 i i i。
所以上述赋值重载正确写法是:
cpp
Date& operator=(const Date& d)
{
_year = d._yaer;
_month = d._month;
_day = d.day;
return *this;
}
这里返回值建议用引用,传值返回的话会多调用 一次拷贝构造
6.2.1、赋值运算符重载进阶
赋值运算符重载的进阶特点
- 没有显式实现时 ,编译器会
自动生成
一个默认赋值运算符重载,默认运算符重载行为跟默认拷贝构造函数类似,对内置类型
成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(一个字节一个字节的拷贝),对自定义类型
成员变量会调用他的拷贝构造- 像 D a t e Date Date 这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源,编译器自动生成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷贝,所以
不需要我们显式实现赋值运算符重载
。像 S t a c k Stack Stack 这样的类,虽然也都是内置类型,但是 /_ a a a 指向了资源,编译器自动生成的赋值运算符重载完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求,所以需要我们自己实现深拷贝
(对指向的资源也进行拷贝)。像 M y Q u e u e MyQueue MyQueue 这样的内部主要是自定义类型 S t a c k Stack Stack 成员,编译器自动生成的赋值运算符重载会调用 S t a c k Stack Stack 的赋值运算符重载,也不需要我们显式实现 M y Q u e u e MyQueue MyQueue 的赋值运算重载。这里有一个小技巧,如一个类显式实现了析构并释放了资源,那它就需要显示写赋值运算符重载,否则不需要
这两点特点与拷贝构造是类似的,这里就不再赘述。
6.2.2、赋值重载拷贝与拷贝构造
这里赋值重载拷贝与拷贝构造很容易混淆,我们来看看
需要知道:赋值运算符重载与默认构造函数都是默认成员函数
赋值运算符重载用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值,而 拷贝构造是用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象
7、日期类的完整实现
下面,是日期类的完整实现,以便大家检验一下类与对象的成果
7.1、Date.h
cpp
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>
class Date
{
//友元声明
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
//检查日期是否合法
bool CheckDate() const;
//构造函数
Date(int year = 2024, int month = 1, int day = 1);
//打印日期
void Print() const;
// 频繁调用,Ĭinline函数
int GetMonthDay(int year, int month) const
{
assert(month > 0 && month < 13);
static int monthDayArray[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;
}
return monthDayArray[month];
}
bool operator<(const Date& d) const;
bool operator<=(const Date& d) const;
bool operator>(const Date& d) const;
bool operator>=(const Date& d) const;
bool operator==(const Date& d) const;
bool operator!=(const Date& d) const;
Date operator+(int day) const;
Date& operator+=(int day);
Date operator-(int day) const;
Date& operator-=(int day);
// d1++;
// d1.operator++(0);
Date operator++(int);
// ++d1;
// d1.operator++();
Date& operator++();
// d1--;
// d1.operator--(0);
Date operator--(int);
// --d1;
// d1.operator--();
Date& operator--();
// d1 - d2
int operator-(const Date& d) const;
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
istream& operator>>(istream& in, Date& d);
7.2、Date.cpp
cpp
#include"Date.h"
//检查日期是否合法
bool Date::CheckDate() const
{
if (_month < 1 || _month > 12
|| _day < 1 || _day > GetMonthDay(_year, _month))
{
return false;
}
else
{
return true;
}
}
//构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
if (!CheckDate())
{
cout << "非法日期:";
Print();
}
}
// void Date::Print(const Date* const this)
void Date::Print() const
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
// d1 < d2
bool Date::operator<(const Date& d) const
{
if (_year < d._year)
{
return true;
}
else if (_year == d._year)
{
if (_month < d._month)
{
return true;
}
else if (_month == d._month)
{
return _day < d._day;
}
}
return false;
}
// d1 <= d2
bool Date::operator<=(const Date& d) const
{
return *this < d || *this == d;
}
bool Date::operator>(const Date& d) const
{
return !(*this <= d);
}
bool Date::operator>=(const Date& d) const
{
return !(*this < d);
}
bool Date::operator==(const Date& d) const
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
bool Date::operator!=(const Date& d) const
{
return !(*this == d);
}
// d1 += 100
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)
{
_year++;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
// d1 + 100
Date Date::operator+(int day) const
{
Date tmp = *this;
tmp += day;
return tmp;
}
// d1 - 100
Date Date::operator-(int day) const
{
Date tmp = *this;
tmp -= day;
return tmp;
}
// d1 -= 100
Date& Date::operator-=(int day)
{
if (day < 0)
{
return *this += (-day);
}
_day -= day;
while (_day <= 0)
{
--_month;
if (_month == 0)
{
_month = 12;
--_year;
}
_day += GetMonthDay(_year, _month);
}
return *this;
}
// d1++;
// d1.operator++(0);
Date Date::operator++(int)
{
Date tmp = *this;
*this += 1;
return tmp;
}
// ++d1;
// d1.operator++();
Date& Date::operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
// d1 - d2
int Date::operator-(const Date& d) const
{
int flag = 1;
Date max = *this;
Date min = d;
if (*this < d)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int n = 0;
while (min != max)
{
++min;
++n;
}
return n * flag;
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
while (1)
{
cout << "请依次输入年月日:>";
in >> d._year >> d._month >> d._day;
if (!d.CheckDate())
{
cout << "输入日期非法:";
d.Print();
cout << "请重新输入!!!" << endl;
}
else
{
break;
}
}
return in;
}
注:
int GetMonthDay(int year, int month) const
是用来获取该年该月日期,因为需要多次调用,因此直接在类内实现成内联函数- o p e e r a t o r opeerator opeerator+ 可通过 o p e e r a t o r opeerator opeerator+= 复用实现。 o p e e r a t o r opeerator opeerator+= 可通过 o p e e r a t o r opeerator opeerator+ 复用实现,但更推荐前者( o p e r a t o r operator operator+ 达到实现效率一致, o p e e r a t o r opeerator opeerator+=
后者要多调用两次拷贝构造和一次赋值)- 对于
<,<=,==,>,>=,!=
,他们 6 个 任意实现 2 个即可,其他 4 个均可 通过逻辑间相互复用实现
好啦,本期关于类和对象的知识就介绍到这里啦,希望本期博客能对你有所帮助。同时,如果有错误的地方请多多指正,让我们在C语言的学习路上一起进步!