第11章运算符重载ppt课件.ppt

第11章 运算符重载,什么是运算符重载 运算符重载的方法 几个特殊的运算符的重载 自定义类型转换运算符 运算符重载实例,什么是运算符重载,使系统内置的运算符可以用于类类型 例如：+ 运算符能够实现2个对象间的加。例如：类A的对象a1、a2、a3，希望： a3 = a1 + a2； 即：分别把对象a1和a2的各个数据成员值对应相加，然后赋给对象a3。,问题的提出,把某些事交给系统去做，用户只要知道相加就可 扩充运算符的功能 增强了C+ 语言的可扩充性 使用户定义的类更像系统的内置类型,运算符重载的限制,不是所有的运算符都能重载 重载不能改变运算符的优先级和结合性 重载不能改变运算符的操作数个数 不能创建新的运算符,可以重载的运算符,+ - * / % & | ! = += -= *= /= %= = &= |= = = && | + - -* ， - () new delete new delete,不能重载的运算符,. .* : ?: sizeof,第11章 运算符重载,什么是运算符重载 运算符重载的方法 几个特殊的运算符的重载 自定义类型转换运算符 运算符重载实例,运算符重载的方法,运算符重载就是写一个函数解释某个运算符在某个类中的含义 要使得系统能自动找到重载的这个函数，函数名必须要体现出和某个被重载的运算符的联系。 C+中规定，重载函数名为 operator 其中，为要重载的运算符。如要重载“+”运算符，该重载函数名为operator+。要重载赋值运算符，函数名为operator=。,函数原型,运算符的重载不能改变运算符的运算对象数。因此，重载函数的形式参数个数（包括成员函数的隐式指针this）与运算符的运算对象数相同 运算符重载可以重载成成员函数也可以重载成全局函数实现。重载成全局函数时，最好把此函数设为友员函数 如果作为类的成员函数，它的形式参数个数比运算符的运算对象数少1。这是因为成员函数有一个隐含的参数this。在C+中，把隐含参数this作为运算符的第一个参数。 当把一个一元运算符重载成成员函数时，该函数没有形式参数。 把一个二元运算符重载成成员函数时，该函数只有一个形式参数，就是右操作数，当前对象是左操作数。,重载实例,为rational类增加“+”和“*”以及比较的重载函数，用以替换现有的add和multi函数,方案一：重载成成员函数,class Rational private: int num; int den; void ReductFraction(); public: Rational(int n = 0, int d = 1) num = n; den = d; Rational operator+(const Rational ,函数实现,Rational Rational:operator+(const Rational ,bool Rational:operator(const Rational ,方案二：重载成友员函数,class Rational friend Rational operator+(const Rational ,函数的实现,Rational operator+(const Rational 其他函数实现略,重载后有理数类的使用,int main() Rational r1(1,6), r2(1,6), r3; r3 = r1 + r2; r1.display(); cout “ + “; r2.display(); cout “ = “; r3.display(); cout endl; r3 = r1 * r2; r1.display(); cout “ * “; r2.display(); cout “ = “; r3.display(); cout endl; return 0; ,全局函数 vs成员函数,大多数运算符都可以重载成成员函数或全局函数。 赋值（=）、下标（）函数调用（）和成员访问（-）必须重载成成员函数。 具有赋值意义的运算符，如复合的赋值运算符以及+和-，不一定非要定义为成员函数，但最好定义为成员函数。 具有两个运算对象的运算符最好重载为全局函数，这样可以使得应用更加灵活。如果把加运算定义成全局函数，r是有理数类的对象，则2+r是一个合法的表达式。,第11章 运算符重载,什么是运算符重载 运算符重载的方法 几个特殊的运算符的重载 自定义类型转换运算符 运算符重载实例,几个特殊的运算符的重载,赋值运算符 下标运算符 函数调用运算符 +和运算符的重载 重载函数的原型设计考虑 输入输出运算符重载,赋值运算符,对任一类，如果用户没有自定义赋值运算符函数，那么系统为其生成一个缺省的赋值运算符函数，在对应的数据成员间赋值。 一般情况下，这个缺省的赋值运算符重载函数能满足用户的需求。但是，当类含有类型为指针的数据成员时，可能会带来一些麻烦。,对DoubleArray类对象执行 array1 = array2的问题,会引起内存泄漏 使这两个数组的元素存放于同一块空间中 当这两个对象析构时，先析构的对象会释放存储数组元素的空间。而当后一个对象析构时，无法释放存放数组元素的空间,赋值运算符“=”的原型,赋值运算符只能重载成成员函数 函数原型： X &X:operator=(const X &source) / 赋值过程 一旦创建了对象x1, x2, 可以用 x1 = x2赋值。,DoubleArray类的 赋值运算符重载函数,DoubleArray ,赋值运算符重载要点,一般来讲，需要自定义拷贝构造函数的类也需要自定义赋值运算符重载函数。 在赋值运算符重载函数中，已经将参数的值赋值给了当前对象，那为什么还需要返回值呢？记住，在C+中，赋值是一个运算，它可以形成一个表达式，而该表达式的结果值就是赋给左边的对象的值。因此，赋值运算符重载函数必须返回赋给左边的对象值。,赋值运算符重载和拷贝构造函数,一般来讲，需要拷贝构造函数的类也需要重载赋值运算符 定义对象时给对象赋初值调用的是拷贝构造函数 程序的语句部分中的赋值语句调用的是赋值运算符重载函数,几个特殊的运算符的重载,赋值运算符 下标运算符 函数调用运算符 +和运算符的重载 重载函数的原型设计考虑 输入输出运算符重载,下标运算符重载,能否象普通的数组那样通过下标运算操作DoubleArray类的对象，这样可以使DoubleArray类更像一个功能内置的数组。 可以通过重载下标运算符（）来实现 下标运算符是二元运算符，第一个运算数是数组名，第二个运算数是下标值 下标运算符必须重载成成员函数,DoubleArray类的 重载,double ,DoubleArray类的使用,定义：DoubleArray array(20, 30); 数组输入： for (i=20; i arrayi; 数组输出： for (i=20; i=30; +i) cout arrayi 't',几个特殊的运算符的重载,赋值运算符 下标运算符 函数调用运算符 +和运算符的重载 重载函数的原型设计考虑 输入输出运算符重载,函数调用运算符,函数调用运算符（）是一个二元运算符。它的第一个运算对象是函数名，第二个参数是形式参数表。运算的结果是函数的返回值。 一个类重载了函数调用运算符，就可以把这个类的对象当做函数来使用,函数调用运算符重载,函数调用运算符必须重载成成员函数 函数调用运算符重载函数的原型为 函数的返回值 operator() (形式参数表)；,函数调用运算符重载实例,在DoubleArray类增加一个功能：取数组中的一部分元素形成一个新的数组 例如，在一个下标范围为10到20的数组arr中取出下标为第12到15的元素，形成一个下标范围为2到5的数组存放在数组arr1中，可以调用 arr1 = arr(12, 15, 2)。,DoubleArray operator()(int start, int end, int lh) if (start end | start high ) cout “下标越界“; exit(-1); DoubleArray tmp(lh, lh + end - start); for (int i = 0; i end - start + 1; +i) tmp.storagei = storagestart + i - low; return tmp; ,几个特殊的运算符的重载,赋值运算符 下标运算符 函数调用运算符 +和运算符的重载 重载函数的原型设计考虑 输入输出运算符重载,“+”和“-”重载,、- -：是一元操作符 这两个操作符可以是前缀，也可以是后缀。而且前缀和后缀的含义是有区别的。所以，必须有两个重载函数。 问题：两个重载函数有相同的原型 区分方法： 前缀：一元操作符。 后缀：二元操作符。,“+”和“-”重载 cont.,成员函数重载 +ob重载为：ob.operator+() ob- 重载为：ob.operator-(int) 友元函数重载 +ob重载为：operator+(X &ob) ob-重载为：operator-(X &ob, int) 调用时，参数int一般传递给值0。,+、-重载实例,设计一个会报警的计数器类。该计数器从0开始计数，当到达预先设定好的报警值时，计数器会发出报警消息，计数器的值不再增加。,类定义,class Counter int value; /计数器的值 int alarm; /报警值 public: Counter(int a) value = 0; alarm = a; Counter ,类实现,Counter /返回修改前的状态 ,类的使用,int main() Counter cnt(3); /定义一个Counter类的对象，报警值为3 cnt.print(); /显示对象的当前值，此时输出为0 +cnt; cnt.print(); / 此时输出为1 (+cnt).print(); /调用前缀的+，输出2 (cnt+).print(); /调用后缀的+，当前对象的value已经 /加1，报警。但输出的是2 cnt.print(); /输出值为3 return 0; ,几个特殊的运算符的重载,赋值运算符 下标运算符 函数调用运算符 +和运算符的重载 重载函数的原型设计考虑 输入输出运算符重载,重载函数的原型设计考虑,参数设计 对于任何函数的参数，如果仅需要从参数中读，而不改变它，一般用const引用来传递。 只有会修改左值参数的运算符，如赋值运算符，左值参数不是常量，所以用地址传递 返回值的类型设计 运算符的结果产生一个新值，就需要产生一个作为返回值的新对象 对于逻辑运算符，人们希望至少得到一个int或bool的返回值 所有的赋值运算符（如，=，+=等）均改变左值，应该能够返回一个刚刚改变了的左值的非常量引用,值返回时的优化,在返回一个对象时，通常有两种写法。如某函数返回一个Rational类的对象，它的值为两个参数的成员对应相加。它的两种写法为 return Rational( left.num + right.num, left.den + right.den); Rational tmp; tmp.num = left.num + right.num; tmp.den = left.den + right.den; return tmp;,两种写法的比较,前者的意思是“创建一个临时对象，并返回它” 。它只调用了一次构造函数。 而后者，先创建了一个对象tmp，这将调用构造函数，然后对tmp赋值，最后返回tmp。而在返回tmp时，又要创建一个临时对象，并调用拷贝构造函数用tmp对它进行初始化。在函数执行结束时，还要调用析构函数析构tmp。,几个特殊的运算符的重载,赋值运算符 下标运算符 函数调用运算符 +和运算符的重载 重载函数的原型设计考虑 输入输出运算符重载,输入输出运算符重载,输入输出运算符必须被重载成全局函数。 输出运算符的重载 输入运算符的重载,借助于流插入运算符()和流提取运算符()输入和输出用户自定义类的对象,输出重载函数的原型,ostream ,实例,ostream的结果是 1/3。,为Rational类重载输出,输入输出运算符重载,输入输出运算符必须被重载成全局函数。 输出运算符的重载 输入运算符的重载,借助于流插入运算符()和流提取运算符()输入和输出用户自定义类的对象,输入重载函数的原型,istream ,实例,istream的结果是 1/3。,为Rational类重载输入,第11章 运算符重载,什么是运算符重载 运算符重载的方法 几个特殊的运算符的重载 自定义类型转换运算符 运算符重载实例,类型转换-系统预定义类型间的转换,隐式类型转换 赋值时 运算时 显式类型转换 强制转换法：（类型名）表达式 函数法：类型名（表达式）,自定义类型转换运算符,类类型能否和其他的类类型或内置类型互相转换？ 内置类型之所以能互相转换是因为系统预先制定了转换的规则，并写好了完成转换的程序。 类类型与其它类类型或内置类型之间如何转换，编译器预先无法知道。类的设计者必须定义转换的方法。,类型转换,内置类型到类类型的转换 类类型到其它类型的转换,内置类型到类类型的转换,利用构造函数进行转换。 例如，对于Rational类的对象r，可以执行r=2。 此时，编译器隐式地调用Rational的构造函数，传给它一个参数2。构造函数将构造出一个num=2，den= 1的Rational类的对象，并将它赋给r。,explicit构造函数,任何单参数的构造函数都可以被编译器用来执行隐式转换，即把内置类型转换成对应的类类型。 在某些情况下，隐式转换是不受欢迎的。 将单参数的构造函数定义为explicit，将告诉编译器不允许执行隐式转换。 如将Ratioanal类的构造函数定义成 explicit Rational(int n1 = 0, int n2 = 1) 则对于Rational类的对象r1和r2，执行 r1 = 2 + r2；编译器就会报错,类型转换,内置类型到类类型的转换 类类型到其它类型的转换,类类型到内置类型或其他类类型的转换,可以通过类型转换函数实现 类型转换函数必须重载成成员函数 类型转换函数的格式 operator 目标类型名 ( ) const return (结果为目标类型的表达式)； 类型转换函数的特点 无参数，无返回值 是const函数,Rational类到double的转换,转换函数的定义： operator double () const return (double(num)/den); 有了这个函数，我们可以将一个Rational类的对象r赋给一个double类型的变量x。如r的值为（1，3），经过赋值x = r后，x的值为0.333333,经过运算符重载后的Rational类,class Rational friend istream,Rational类的使用,#include #include “Rational.h“ int main() Rational r1, r2, r3, r4; double x; cout r1; cout r2; r3 = r1 + r2; cout r1 '+' r2 “ = “ r3 endl; r3 = r1 * r2; cout r1 '*' r2 “ = “ r3 endl; r4 = (r1 + r2) * r3; cout “(r1 + r2) * r3的值为：“ r4 endl; x = 5.5 - r1; cout “5.5 - r1的值为：“ x endl; cout (r1 r2 ? r1 : r2) endl; return 0; ,输入r1: 1 3 输入r2: 2 6 1/3+1/3 = 2/3 1/3*1/3 = 1/9 (r1 + r2) * r3的值为2/27 5.5 - r1的值为：5.16667 1/3,第11章 运算符重载,什么是运算符重载 运算符重载的方法 几个特殊的运算符的重载 自定义类型转换运算符 运算符重载实例,运算符重载实例,完善DoubleArray类,DoubleArray.h,#ifndef _array_h #define _array_h #include class DoubleArray friend ostream ,public: DoubleArray(int lh = 0, int rh = 0):low(lh), high(rh) storage = new double high - low + 1; DoubleArray(const DoubleArray #endif,DoubleArray.cpp,/文件名：DoubleArray.cpp /DoubleArray类的实现 #include #include “DoubleArray.h“ DoubleArray:DoubleArray(const DoubleArray ,operator=,DoubleArray ,operator,double ,operator,ostream ,operator,istream ,operator=,bool operator=(const DoubleArray ,operator(),DoubleArray DoubleArray:operator() (int start, int end, int lh) assert (start = low ,Main函数,int main() DoubleArray array1(20,30), array2; cin array1; cout “array1 “; cout array1; array2 = array1; cout “执行 array2 = array1, array2 “ array2; cout “array1 = array2 是 “ (array1 = array2) ? “true“ : “false“) endl; array225 = 0; cout “执行array25 = 0后, array1 = array2 是 “ (array1 = array2) ? “true“ : “false“) endl; array2 = array1(22, 25, 2); cout “执行array2 = array1(22, 25, 2)后, array2 的值为： “ array2; return 0; ,执行结果,请输入数组元素20，30： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 array1的内容为： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 执行 array2 = array1，array2的内容为： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 array1 = array2是true 执行array225 = 0后，array1 = array2是false 执行array2 = array1(22, 25, 2)后, array2 的值为：3 4 5 6,小结,运算符重载的作用 如何选择用成员函数或全局函数 如何写一个重载函数 介绍了一种区分+和的前后缀应用的方法 通过运算符重载实现类类型和内置类型及其他类类型之间的转换,第12章 组合与继承,组合 继承 虚函数与多态性 纯虚函数与抽象类 多继承 面向对象设计范例,组合,组合就是把用户定义类的对象作为新类的数据成员 组合表示一种聚集关系，是一种部分和整体（is a part of）的关系 必须用初始化列表去初始化对象成员,组合实例,定义一个复数类，而复数的虚部和实部都用有理数表示,类定义,class Complex friend Complex operator+(Complex x, Complex y); friend istream,成员函数的实现,Complex operator+(Complex x, Complex y) Complex tmp; /利用Rational类的加法重载函数完成实部和虚部的相加 tmp.real = x.real + y.real; tmp.imag = x.imag + y.imag; return tmp; ,istream ,复数类的使用,int main() Complex x1,x2,x3; cout x1; cout x2; x3 = x1 + x2; cout x1 “ + “ x2 “ = “ x3 endl; return 0; ,