C++——運算符的重載---以成員函數方式重載---以友元函數方式重載

一、運算符的重載

　　1、運算符的重載

　　允許把標准運算符（如+ - * /等運算符）應用於自定義數據類型的對象，可以提高程序的可讀性，運算符的重載本質上還是函數重載。運算符僅僅是語法上的方便，它是另一種函數調用的方式，只有在設計涉及的代碼更容易寫，尤其是更容易讀的時候才有必要重載。

　　2、實現運算符重載的方式------既然是操作符重載，就必然會訪問類的私有成員變量，根據類的封裝性要求，除了友元函數外，其他任何外部操作都是違規的，所以不能用普通函數來重載操作符

• 類的成員函數
• 友元函數（即類外的普通函數）
• 普通函數---在極少數的情況下才會使用普通函數，因為普通函數不能直接訪問類的私有成員。解決方法是在類中定義公用的設置數據的set函數和讀取數據的get函數，在重載函數中調用這些函數去訪問類的私有成員。顯然這樣不好。

　　3、運算符重載的原則：

• 不能重載的運算符有5個：  .  .*  ?: ::  sizeof
• 運算符重載不允許發明新的運算符
• 不能改變運算符操作對象的個數
• 運算符被重載后其優先級與結合性不會改變

　　4、友元函數與類成員函數的使用場合：

• 一般情況下，建議一元運算符使用類的成員函數，二元運算符使用友元函數
  • 運算符的操作需要修改類對象的狀態，則使用成員函數。如需要做左值操作數的運算符（=，+=，*=，++，--）
  • 運算時，有數與對象的混合運算時，必須使用友元函數
  • 二元運算中，第一個操作數為非對象時，必須使用友元函數。如輸入輸出運算符<< >>
• 具體規則如下：
• 

　　5.友元函數與類成員函數的參數與返回值

• 參數：
  • 當參數不會被改變時，一般采用const引用，
• 返回值：
  • 如果返回值可能出現在=左邊，則只能作為左值，返回非const引用
  • 如果返回值只能出現在=右邊，則只能作為右值，返回const型值或const型引用
  • 如果返回值既可能出現在=號左邊，也可能出現在=右邊，則其返回值必須為左值，返回非const引用。

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二、使用函數、類成員函數、友元函數分別實現復數+運算符的重載

　　1、使用函數實現兩個復數相加。示例代碼如下：

• class Complex
  {
      public:
          Complex() 
          {
              real = 0;
              imag = 0;
          }
          
          Complex Complex_Add(Complex &);
          
      private:    
          double real;
          double imag;
  };
   
  Complex Complex :: Complex_Add(Complex &c2)
  {
      Complex temp;
      temp.real = this->real + c2.real;
      temp.imag = this->imag + c2.imag;
      
      return temp;
  }
   
  int main()
  {
      Complex c1(3,4),c2(1.2,-4),c3;
      c3 = c1.Complex_Add(c2);
      return 0;
  }

•  這種調用方式太繁瑣而且不直觀

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　　2、使用類成員函數重載運算符+實現復數運算。具體代碼如下：

• class Complex
  {
      public:
          Complex() //無參構造函數
          {
              real = 0;
              imag = 0;
          }
          Complex(double r, double i) //有參構造函數
          {
              real  = r;
              imag = i;
          }
          Complex operator + (Complex &c2); //聲明重載運算符
      private:
          double real;
          double imag;
  };
   
  Complex Complex::operator +(Complex &c2)
  {
      Complex C;//定義一個C對象是為了能夠連續使用+操作符
      C.real = real + c2.real;
      C.imag = imag + c2.imag;
      return C;
  } 
  int main()
  {
      Complex c1(3,4), c2(5,-10), c3;
      c3 = c1 + c2; //運算符+ 用於復數運算
      return 0;
  }

• 主函數在執行c1+c2語句時，調用了運算符重載函數operator+()函數

• 相當於c1.operaor+(c2);

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　　3、使用友元函數重載運算符+實現復數的相加。具體代碼如下：

• class Complex
  {
      public:
          Complex()
          {
              real = 0;
              imag = 0;
          }
          Complex(double r, double i)
          {
              real  = r;
              imag = i;
          }
          friend Complex operator + (Complex &c1, Complex &c2); //聲明重載運算符
      private:
          double real;
          double imag;
  };
   
  Complex operator +(Complex &c1,Complex &c2)
  {    return Complex(c1.real + c2.real, c1.imag + c2.imag);//直接調用復制構造函數
  } 
  int main()
  {
      Complex c1(3,4), c2(5,-10), c3;
      c3 = c1 + c2; //運算符+ 用於復數運算 
      return 0;
  }

   必須是complex的對象才可以相加。如果是實數與complex對象相加，則實數會被默認的構造函數強制轉換為虛部為0的復數進行相加。

 

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三、成員函數重載與友元函數重載的區別：

　　1、成員函數與友元函數的區別

• 成員函數：可以通過this指針訪問本類的成員，可以少寫一個參數，但是表達式左邊的的第一個參數必須是類對象，通過該類對象來調用成員函數。即表達式左側的左側運算量就是對象本身。
• 友元函數：左邊一般不是對象。比如輸入輸出運算符<<  >>一般都要申明為友元重載函數。

　　2、成員函數與友元函數對單目運算符雙目運算符的比較

• 對於雙目運算符：成員函數重載運算符參數列表需要含有一個參數，而友元函數重載運算符的參數列表需要有兩個參數，
• 對於單目運算符：成員函數重載運算符的參數列表中沒有參數，而友元函數重載運算符的參數列表中含有一個參數。

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• 雙目運算符可以被重載為友元函數運算符和成員函數運算符。對於復數類+號運算符的重載：當一個整數與一個復數相加時必須使用友元函數。因為使用成員函數表達式左側必須是對象本身。因此雙目運算符一般使用友元函數重載，單目運算符一般使用成員函數重載。

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• 下邊列舉分別使用成員函數與友元函數重載的++，--，自加加，自減減的例子
  • 使用成員函數以前綴和后綴方式重載運算符--；代碼如下：

    • class three
      {
          public:
              three(int a=0,int b=0,int c=0);
              void print();
              three operator--();//聲明自減運算符--重載成員函數（前綴方式） 
              three operator--(int);//聲明自減運算符--重載成員函數（后綴方式）
              private:
              int x,y,z; 
      };
      
      three::three(int a,int b,int c)
      {
          x=a;
          y=b;
          z=c;
      }
      three three::operator--()
      {
          --x;
          --y;
          --z;
          return *this;//返回自減后的當前對象 
       } 
      three three::operator--(int)
      {
          three temp(*this); 
          x--;
          y--;
          z--;
          return temp;
      }

  • 使用友元函數以前綴方式后綴方式重載運算符++。具體代碼如下：

    • class three
      {
          public:
              three(int a=0,int b=0,int c=0);
              void print();
              friend three operator++(three &op);//聲明自加運算符++重載友元函數（前綴方式） 
              friend three operator++(three &op,int);//聲明自加運算符++重載友元函數（后綴方式） 
              private:
                  int x,y,z;
       };
      
       three::three(int a,int b,int c)
       {
          x=a;
          y=b;
          z=c;
       }
      
      three operator++(three &op)
      {
          ++op.x;
          ++op.y;
          ++op.z;
          return op;
      }
      
      three operator++(three &op,int)
      {
          op.x++;
          op.y++;
          op.z++;
          return op;
      }

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四、運算符重載過程中引用於const引用的使用詳見后續博客。