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C++中数学运算、比较、赋值操作符的重载

由 扶醉桌前 提交于 2020-02-06 12:45:06

文章目录

1 操作符重载概念的引入

1.1 复数解决方案

下面的复数解决方案是否可行？
在这里插入图片描述
如果将上面代码直接进行编译，会出现编译错误。

可以自定义一个add函数：

#include <stdio.h>

class Complex 
{
    int a;
    int b;
public:
    Complex(int a = 0, int b = 0)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    
    int getA()
    {
        return a;
    }
    
    int getB()
    {
        return b;
    }
    
    friend Complex Add(const Complex& p1, const Complex& p2);
};

Complex Add(const Complex& p1, const Complex& p2)
{
    Complex ret;
    
    ret.a = p1.a + p2.a;
    ret.b = p1.b + p2.b;
    
    return ret;
}

int main()
{

    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = Add(c1, c2); // c1 + c2
    
    printf("c3.a = %d, c3.b = %d\n", c3.getA(), c3.getB());
    
    return 0;
}

Add函数可以解决Complex对象相加的问题，但是Complex是现实世界中确实存在的复数，并且复数在数学中的地位和普通的实数相同。为什么不能让+操作符也支持复数相加呢？

1.2 操作符重载的概念

操作符重载：

  • C++中的重载能够扩展操作符的功能。
  • 操作符的重载以函数的方式进行。
  • 本质：用特殊形式的函数扩展操作符的功能。

C++中：

  • 通过operator关键字可以定义特殊的函数。
  • operator的本质是通过函数重载操作符。
  • 语法：
    在这里插入图片描述

2 C++中操作符重载的两种实现方式

2.1 全局的操作符重载函数

示例代码如下：

#include <stdio.h>

class Complex 
{
    int a;
    int b;
public:
    Complex(int a = 0, int b = 0)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    
    int getA()
    {
        return a;
    }
    
    int getB()
    {
        return b;
    }
    
    friend Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2);
};

Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2)
{
    Complex ret;
    
    ret.a = p1.a + p2.a;
    ret.b = p1.b + p2.b;
    
    return ret;
}

int main()
{

    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = c1 + c2; // operator + (c1, c2)
    
    printf("c3.a = %d, c3.b = %d\n", c3.getA(), c3.getB());
    
    return 0;
}

2.2 类内的操作符重载函数

可以将操作符重载函数定义为类的成员函数：

  • 比全局操作符重载函数少一个参数（左操作数）。
  • 不依赖友元就可以完成操作符重载。
  • 编译器优先在成员函数中寻找操作符重载函数。

在这里插入图片描述

示例代码如下：

#include <stdio.h>

class Complex 
{
    int a;
    int b;
public:
    Complex(int a = 0, int b = 0)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    
    int getA()
    {
        return a;
    }
    
    int getB()
    {
        return b;
    }
    
    Complex operator + (const Complex& p)
    {
        Complex ret;
        printf("Complex operator + (const Complex& p)\n");
        ret.a = this->a + p.a;
        ret.b = this->b + p.b;
        
        return ret;
    }
    
    friend Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2);
};

Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2)
{
    Complex ret;
    printf("Complex operator + (const Complex& p1, const Complex& p2)\n");
    ret.a = p1.a + p2.a;
    ret.b = p1.b + p2.b;
    
    return ret;
}

int main()
{

    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = c1 + c2; // c1.operator + (c2)
    
    printf("c3.a = %d, c3.b = %d\n", c3.getA(), c3.getB());
    
    return 0;
}

对于操作符重载：

  • 操作符重载是C++的强大特性之一。
  • 操作符重载的本质是通过函数扩展操作符的功能。
  • operator关键字是实现操作符重载的关键。
  • 操作符重载遵循相同的函数重载规则。
  • 全局函数和成员函数都可以实现对操作符的重载。

3 C++中数学运算、比较、赋值操作符的重载

3.1 完善的复数类

复数类应该具有的操作：

  • 运算：+，-，*，/
  • 比较：==、!=
  • 赋值：=
  • 求模：modulus

我们需要利用操作符重载：

  • 统一复数与实数的运算方式。
  • 统一复数与实数的比较方式。
    在这里插入图片描述
    复数类的实现：

Complex.h：


#ifndef _COMPLEX_H_
#define _COMPLEX_H_

class Complex
{
    double a;
    double b;
public:
    Complex(double a = 0, double b = 0);
    double getA();
    double getB();
    double getModulus();
    
    Complex operator + (const Complex& c);
    Complex operator - (const Complex& c);
    Complex operator * (const Complex& c);
    Complex operator / (const Complex& c);
    
    bool operator == (const Complex& c);
    bool operator != (const Complex& c);
    
    Complex& operator = (const Complex& c);
};

#endif

Complex.cpp：

#include "Complex.h"
#include "math.h"

Complex::Complex(double a, double b)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
}

double Complex::getA()
{
    return a;
}

double Complex::getB()
{
    return b;
}

double Complex::getModulus()
{
    return sqrt(a * a + b * b);
}

Complex Complex::operator + (const Complex& c)
{
    double na = a + c.a;
    double nb = b + c.b;
    Complex ret(na, nb);
    
    return ret;
}

Complex Complex::operator - (const Complex& c)
{
    double na = a - c.a;
    double nb = b - c.b;
    Complex ret(na, nb);
    
    return ret;
}

Complex Complex::operator * (const Complex& c)
{
    double na = a * c.a - b * c.b;
    double nb = a * c.b + b * c.a;
    Complex ret(na, nb);
    
    return ret;
}

Complex Complex::operator / (const Complex& c)
{
    double cm = c.a * c.a + c.b * c.b;
    double na = (a * c.a + b * c.b) / cm;
    double nb = (b * c.a - a * c.b) / cm;
    Complex ret(na, nb);
    
    return ret;
}
    
bool Complex::operator == (const Complex& c)
{
    return (a == c.a) && (b == c.b);
}

bool Complex::operator != (const Complex& c)
{
    return !(*this == c);
}
    
Complex& Complex::operator = (const Complex& c)
{
    if( this != &c )
    {
        a = c.a;
        b = c.b;
    }
    
    return *this;
}

main.cpp：

#include <stdio.h>
#include "Complex.h"

int main()
{
    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 6);
    Complex c3 = c2 - c1;
    Complex c4 = c1 * c3;
    Complex c5 = c2 / c1;
    
    printf("c3.a = %f, c3.b = %f\n", c3.getA(), c3.getB());
    printf("c4.a = %f, c4.b = %f\n", c4.getA(), c4.getB());
    printf("c5.a = %f, c5.b = %f\n", c5.getA(), c5.getB());
    
    Complex c6(2, 4);
    
    printf("c3 == c6 : %d\n", c3 == c6);
    printf("c3 != c4 : %d\n", c3 != c4);
    
    (c3 = c2) = c1;
    
    printf("c1.a = %f, c1.b = %f\n", c1.getA(), c1.getB());
    printf("c2.a = %f, c2.b = %f\n", c2.getA(), c2.getB());
    printf("c3.a = %f, c3.b = %f\n", c3.getA(), c3.getB());
    
    return 0;
}

3.2 操作符重载的注意事项

注意事项如下：

  • C++规定赋值操作符（=）只能重载为成员函数。
  • 操作符重载不能改变原操作符的优先级。
  • 操作符重载不能改变操作数的个数。
  • 操作符重载不应改变操作符的原有语义。

参考资料：

  1. C++深度解析教程
标签
printf
重载函数
const
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