C++ day04（友元 friend、运算符重载、String字符串）

欢'2024-10-13 13:10

目录

[【1】友元 friend](#【1】友元 friend)

1》概念

2》友元函数

3》友元类

4》友元成员函数

【2】运算符重载

1》概念

2》友元函数运算符重载

​编辑

3》成员函数运算符重载

4》赋值运算符与类型转换运算符重载

5》注意事项

[【3】String 字符串类](#【3】String 字符串类)

【1】友元 friend

1》概念

定义：

类实现了数据的隐藏和封装，类的数据成员一般定义为私有成员，仅能通过类的成员函数才能访问到。如果数据成员定义为公共的，则又破坏了封装性。但是某些情况下，需要频繁访问类的成员，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递、类型检查和安全性检查等都需要时间开销，会影响到程序的运行效率。

友元是一种定义在类外部 的普通函数，蛋挞需要在类内进行声明，为了和该类的成员函数加以区别，要在声明前加关键字friend 。友元不是成员函数，但是它能够访问类内的所有成员。

作用：

提高程序的运行效率，但是破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数能够访问类的私有成员。导致程序维护性变差，所以使用友元要慎重。

友元更为常用的应用是**运算符重载，**这种应用可以提高软件系统的灵活性。

分类：

1.友元函数

2.友元类

3.友元成员函数

2》友元函数

友元函数是一种"声明"在类内，实际在类外的普通函数。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;

class Girl
{
private:
    int age;

public:
    Girl(int age):age(age){}

    int get_age() const
    {
        cout << &age << endl;
        return 18;
    }

    // 1. "声明"友元函数
    friend void access_true_age(Girl&);
};

// 2. 定义友元函数
void access_true_age(Girl& g)
{
    // 突破权限,直接操作Girl类的私有成员；
    cout << &g.age << endl;
    cout << "真实年龄：" << g.age << endl;
    // 修改
    g.age = 18;
    cout << "修改后年龄:" << g.age << endl;
}

int main()
{
    Girl g(45);
    cout << g.get_age() << endl;
    // 通过友元函数访问Girl的年龄
    access_true_age(g);

    return 0;
}

需要注意的是：

1.由于友元函数不属于成员函数，因此友元函数没有this 指针，访问类的成员的时候只能通过对象

2.友元函数在类中的"声明"可以写在类的任何部分，不受权限修饰符的影响。

3.理论上，一个友元函数可以是多个类的友元函数，只需要在各个类中分别"声明"。

3》友元类

当一个类B成为了另一个类A的友元类的时候，类B可以访问类A的所有成员。

需要注意的是：

1.友元关系是单向的，不具有交换性。

如果类B是类A的友元类，类A不一定是类B的友元类

2.友元关系不具有传递性

如果类C是类B的友元类，类B是类A的友元类，类C不一定是类A 的友元类。

3.友元关系不能被继承

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;

class A
{
private:
    string str = "A私有";

    // "声明"友元类
    friend class B;
};

class B
{
public:
    void func(A& a)
    {
//        cout << this->str << endl; 错误：this是B对象不是A对象
        cout << a.str << endl;//可以直接操作类A的私有成员
        a.str =  "我改了";
        cout << a.str << endl;
    }
};

int main()
{
    A a;
//    cout << a.str << endl; 错误，全局不能调用类A的私有成员
    B b;
    b.func(a);

    return 0;
}

4》友元成员函数

在友元类的任何成员函数中都可以访问其他类的成员，但是友元成员函数把友元范围限制在一个成员函数中。

例如，类B的某个成员函数称为了类A 的友元成员函数，这样类B的该成员函数就可以访问两类A的所有成员了。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;

// 3. 因为第二步中用到了类A，提前声明类A
class A;

// 2. 编写类B，并真正声明友元成员函数
class B
{
public:
    void func(A&);
};

class A
{
private:
    string str = "A私有";

    // 1. 确定友元的函数格式并"声明"
    friend void B::func(A&);
};

// 4. 类外定义友元成员函数
void B::func(A & a)
{
    //  cout << this->str << endl; 错误：this是B对象不是A对象
    cout << a.str << endl;
    a.str =  "我改了";
    cout << a.str << endl;
}


int main()
{
    A a;
    //    cout << a.str << endl; 错误
    B b;
    b.func(a);

    return 0;
}

【2】运算符重载

1》概念

如果把运算符看做是一个函数，则运算符也可以想函数一样重载。

C++中预定义的运算符的操作对象只能是基本数据类型。但实际上对于很多用户的自定义类型，也是需要类似的运算操作，这时可以在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。

可以被重载的运算符：
算术运算符：+、-、*、/、%、++、--

位操作运算符：&、|、~、^(位异或)、<<(左移)、>>(右移)

逻辑运算符：!、&&、||

比较运算符：<、>、>=、<=、==、!=

赋值运算符：=、+=、-=、*=、/=、%=、&=、|=、^=、<<=、>>=

其他运算符：[]、()、->、,、new、delete、new[]、delete[]

不被重载的运算符：

成员运算符"."、指针运算符"*"、三目运算符"? :"、sizeof、作用域"::"

2》友元函数运算符重载

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;

/**
 * @brief The Integer class 整数类
 */
class Integer
{
private:
    int value;

public:
    Integer(int value):value(value){}

    int get_value() const
    {
        return value;
    }

    // 友元函数"声明"
    friend Integer operator +(const Integer&,const Integer&);
    friend Integer operator ++(Integer&); // 前置
    friend Integer operator ++(Integer&,int); // 后置
};

//友元函数定义
Integer operator +(const Integer& i1,const Integer& i2)
{
    return i1.value + i2.value; // 隐式调用构造函数
}

Integer operator ++(Integer& i)
{
    return ++i.value; // 隐式调用构造函数
}

Integer operator ++(Integer& i,int)
{
    return i.value++; // 隐式调用构造函数
}

int main()
{
    Integer i1(1);
    Integer i2(2);
    Integer i3 = i1 + i2;
    cout << i3.get_value() << endl; // 3
    cout << (i1++).get_value() << endl; // 1
    cout << (++i1).get_value() << endl; // 3

    return 0;
}

3》成员函数运算符重载

成员函数运算符重载与友元函数运算符重载的最大区别：友元函数运算符重载的第一个参数，在成员函数中使用this 指针代替，即使用成员函数重载的运算符重载相比友元函数的参数少一个。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;

/**
 * @brief The Integer class 整数类
 */
class Integer
{
private:
    int value;

public:
    Integer(int value):value(value){}

    int get_value() const
    {
        return value;
    }

    // 声明成员函数
    Integer operator +(const Integer&); // 双目
    Integer operator ++(); // 前置

    Integer operator ++(int) // 后置
    {
        return this->value++;
    }
};

Integer Integer::operator +(const Integer& i)
{
    return this->value + i.value;
}

Integer Integer::operator ++()
{
    return ++this->value;
}


int main()
{
    Integer i1(1);
    Integer i2(2);
    Integer i3 = i1 + i2;
    cout << i3.get_value() << endl; // 3
    cout << (i1++).get_value() << endl; // 1
    cout << (++i1).get_value() << endl; // 3

    return 0;
}

4》赋值运算符与类型转换运算符重载

如果程序员不写赋值运算符重载函数，编译器会为类自动添加一个赋值运算符重载函数，且此函数支持链式调用，因此只能使用成员函数运算符重载。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;


class Value
{
public:
    int value = 0;
    // 1. 构造函数
    // 2. 拷贝构造
    // 3. 析构函数
    // 4. 赋值运算符重载
    // 编译器自动添加：
    Value& operator =(const Value& v)
    {
        value = v.value;
        return *this;
    }
};


int main()
{
    Value v; // 构造函数
    Value v2(v); // 拷贝构造
    Value v3 = v2; // 拷贝构造
    v.value = 1;
    v3 = v; // 赋值运算符
    cout << v3.value << endl; // 1

    return 0;
}

类型转换运算符与赋值运算符的符号都是 = ，因此类型转换运算符重载函数比较特殊，以便于与赋值运算符重载进行区分，同样类型转换运算符重载函数也只支持成员函数运算符重载。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

using namespace std;


class Value
{
private:
    int value;

public:
    Value(int value):value(value){}

    int get_value() const
    {
        return value;
    }

    // 类型转换运算符重载函数
    operator int()//value转换为int类型
    {
        return value;
    }
};


int main()
{
    // int → Value
    Value v = 1; // 隐式构造

    // Value → int
    int i = v; // 类型转换运算符重载函数
    cout << i << endl; // 1

    return 0;
}

5》注意事项

1.运算符重载限制在C++已有的运算符范围内，不能创建新的运算符。

2.运算符重载不能改变运算符的优先级、结合性、操作数和语法结构。

3.运算符重载不能改变基本类型的计算规则，只能更改包含自定义类型的计算规则。

4.运算符重载实现的功能应该与元运算符相近。

5.运算符重载函数不支持参数默认值。

6.通常单目运算符使用成员函数重载，双目运算符使用友元函数重载。

【3】String 字符串类

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string.h>

using namespace std;

int main()
{
    string s; // 生成一个空字符串
    cout << "判断字符串是否为空：" <<  s.empty() << endl; // 1
    string s1 = "Thursday"; // 隐式调用构造函数，参数const char*
    string s2("Thursday"); // 显式调用上面的构造函数
    cout << "判断是s1是否等于s2：" << (s1 == s2) << endl; // 1
    string s3 = s1; // 隐式调用拷贝构造
    string s4(s2); // 显式调用拷贝构造
    cout << "判断是s1是否等于s2：" << (s3 == s4) << endl; // 1
    s = s4; // 赋值运算符
    cout << s << endl; // "Thursday"

    // 参数1：const char* 原字符串
    // 参数2：保留几个字符
    string s5("ABCDEFG",2);//保留前两个字符
    cout << s5 << endl; // AB

    s = "ABCDEFG";
    // 参数1：string 原字符串
    // 参数2：不保留前几个字符
    string s6(s,2);
    cout << s6 << endl; // CDEFG

    // 参数1：字符串长度
    // 参数2：字符内容
    string s7(6,'A');
    cout << s7 << endl; // AAAAAA
    // 交换
    swap(s6,s7);
    cout << s6 << " " << s7 << endl; // AAAAAA CDEFG

    s = s6+s7; // 拼接
    cout << s << endl; // AAAAAACDEFG

    // 向后追加
    s.append("123");
    cout << s << endl; // AAAAAACDEFG123

    // 向后追加单字符
    s.push_back('%'); // AAAAAACDEFG123%

    // 插入
    // 参数1：插入的位置
    // 参数2：插入的内容
    s.insert(1,"222"); // A222AAAAACDEFG123%

    // 参数1：删除的起始位置
    // 参数2：删除的字符数
    s.erase(4,10);
    cout << s << endl; // A222123%

    // 参数1：替换的起始位置
    // 参数2：替换的字符数
    // 参数3：替换的内容
    s.replace(0,3,"******");
    cout << s << endl; // ******2123%

    s.clear(); // 清空
    cout << s.length() << endl; // 0

    char c[20];
    s = "1234567890";
    // 参数1：拷贝的目标
    // 参数2：拷贝的字符数
    // 参数3：拷贝的起始位置
    s.copy(c,3,1);
    cout << c << endl; // 234

    // C → C++ 直接赋值即可
    // char* → string
    char* c1 = "Tom";
    char c2[] = "Jerry";
    string sc1 = c1;
    string sc2 = c2;
    cout << sc1 << "&" << sc2 << endl; // Tom&Jerry

    // C++ → C
    // string → char[]
    s = "abcd";
    char ch[10];
    strcpy(ch,s.c_str()); // c_str()返回值的const char*不稳定
    cout << ch << endl;

    return 0;
}

今天的分享就到这里结束啦，如果有哪里写的不好的地方，请指正。

如果觉得不错并且对你有帮助的话点个关注支持一下吧！

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