【C++】6.类和对象（4）

文章目录

  • 5.赋值运算符重载
    • 5.1 运算符重载
    • 5.2 赋值运算符重载
    • 5.3 前置++和后置++重载
    • 5.4 日期类的实现
  • 6.取地址运算符重载
    • 6.1 const成员函数
    • 6.2 取地址运算符重载

5.赋值运算符重载

5.1 运算符重载

  • 当运算符被用于类类型的对象时，C++语言允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。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，他的名字是由operator和后面要定义的运算符共同构成。和其他函数一样，它也具有其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数量一样多。

    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传给第一个参数，右侧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this指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少一个。

  • 运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持一致。

  • 不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如operator@。

  • .* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。

  • 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)

  • 一个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，比如Date类重载operator-就有意义，但是重载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operator++，无法很好的区分。C++规定，后置++重载时，增加一个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分。

  • 重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，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ostream/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。

class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}bool operator<(const Date& d){if (_year < d._year){return true;}else if (_year == d._year&& _month < d._month){return true;}else if (_year == d._year&& _month == d._month&& _day < d._day){return true;}return false;}int operator-(const Date& d);int GetMonthDay(int year, int month){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;}else{return monthDayArray[month];}}Date operator+(int day){}//private:int _year;int _month;int _day;
};// 1、提供对应getxxx函数
// 2、友元--后面会讲
// 3、重载为成员函数bool operator<(const Date& x1, const Date& x2)
{if (x1._year < x2._year){return true;}else if (x1._year == x2._year && x1._month < x2._month){return true;}else if (x1._year == x2._year && x1._month == x2._month&& x1._day < x2._day){return true;}return false;
}int main()
{Date d1(2024, 8, 9);Date d2(2024, 8, 10);//bool ret2 = operator<(d1, d2); 转换成调用对应的运算符重载函数//bool ret3 = d1 < d2;bool ret2 = d1.operator<(d2);// 转换成调用对应的运算符重载函数bool ret3 = d1 < d2;cout << ret2 << endl;cout << ret3 << endl;//int n = d1 - d2;Date d2 = d1 + 50;// 整型比较简单int i = 0, j = 1;bool ret1 = i < j;return 0;
}

5.2 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。

赋值运算符重载的特点：

  1. 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。赋值运算重载的参数建议写成const 当前类类型引用，否则会传值传参会有拷贝

  2. 有返回值，且建议写成当前类类型引用，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。

  3. 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，默认赋值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赋值重载函数。

  4. 像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，所以不需要我们显示实现赋值运算符重载。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_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MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动生成的赋值运算符重载会调用Stack的赋值运算符重载，也不需要我们显示实现MyQueue的赋值运算符重载。

这里还有一个小技巧，如果一个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写赋值运算符重载，否则就不需要。

  1. 赋值运算符重载格式
  • 参数类型：const 类名&，传递引用可以提高传参效率
  • 返回值类型：类名&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
  • 检测是否自己给自己赋值
  • 返回*this ：要复合连续赋值的含义
class Date
{ 
public :Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}Date (const Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}Date& operator=(const Date& d){if(this != &d)//检测是否自己给自己赋值{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}return *this;}
private:int _year ;int _month ;int _day ;
};
  1. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数
class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}int _year;int _month;int _day;
};// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{if (&left != &right){left._year = right._year;left._month = right._month;left._day = right._day;}return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

错误原因：

赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。

此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。

  1. 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。

注意：

内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。

class Time
{
public:Time(){_hour = 1;_minute = 1;_second = 1;}Time& operator=(const Time& t){if (this != &t){_hour = t._hour;_minute = t._minute;_second = t._second;}return *this;}
private:int _hour;int _minute;int _second;
};class Date
{
private:// 基本类型(内置类型)int _year = 1970;int _month = 1;int _day = 1;// 自定义类型Time _t;
};int main()
{Date d1;Date d2;d1 = d2;return 0;
}

既然编译器生成的默认赋值运算符重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己实现吗？

像日期类这样的类是没必要的，那么下面的类呢？

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后讲的深拷贝去解决。
typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 10){_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(const DataType& data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}~Stack(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType *_array;size_t _size;size_t _capacity;
};
int main()
{Stack s1;s1.Push(1);s1.Push(2);s1.Push(3);s1.Push(4);Stack s2;s2 = s1;return 0;
}

注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。

5.3 前置++和后置++重载

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// 前置++：返回+1之后的结果// 注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率Date& operator++(){_day += 1;return *this;}// 后置++：// 前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载// C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this+1// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用Date operator++(int){Date temp(*this);_day += 1;return temp;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d;Date d1(2022, 1, 13);d = d1++;    // d: 2022,1,13   d1:2022,1,14d = ++d1;    // d: 2022,1,15   d1:2022,1,15return 0;
}

5.4 日期类的实现

Date.h

#pragma once
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}Date(const Date& d)   // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}bool operator<(const Date& x);bool operator==(const Date& x);bool operator<=(const Date& x);bool operator>(const Date& x);bool operator>=(const Date& x);bool operator!=(const Date& x);int GetMonthDay(int year, int month);// d1 + 100Date& operator+=(int day);Date operator+(int day);Date& operator++();Date operator++(int);
private:int _year;int _month;int _day;
};

Date.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Date.h"//Date::Date是指定类域
Date::Date(int year, int month, int day)
{_year = year;_month = month;_day = day;
}bool Date::operator<(const Date& x)
{if (_year < x._year){return true;}else if (_year == x._year && _month < x._month){return true;}else if (_year == x._year && _month == x._month && _day < x._day){return true;}return false;
}bool Date::operator==(const Date& x)
{return _year == x._year&& _month == x._month&& _day == x._day;
}// 复用
// d1 <= d2，就是*this < x || *this == x
bool Date::operator<=(const Date& x)
{return *this < x || *this == x;
}bool Date::operator>(const Date& x)
{return !(*this <= x);
}bool Date::operator>=(const Date& x)
{return !(*this < x);
}bool Date::operator!=(const Date& x)
{return !(*this == x);
}//获得天数
int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{static int daysArr[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };//if (((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)) && month == 2)if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)) ){return 29;}else{return daysArr[month];}
}//+=
Date& Date::operator+=(int day)
{_day += day;//把天加上//如果天数加上大于当前月天数while (_day > GetMonthDay(_year, _month)){_day -= GetMonthDay(_year, _month);++_month;if (_month == 13){++_year;_month = 1;}}//如果天数加上小于当前月天数，直接返回return *this;
}// d1 + 100
//+
Date Date::operator+(int day)
{Date tmp(*this);//tmp是一个局部变量，是当前日期的副本tmp += day;return tmp;//传值返回/*Date tmp(*this);//拷贝构造tmp._day += day;while (tmp._day > GetMonthDay(tmp._year, tmp._month)){tmp._day -= GetMonthDay(tmp._year, tmp._month);++tmp._month;if (tmp._month == 13){++tmp._year;tmp._month = 1;}}return tmp;//出了作用域tmp会被销毁，所以不能用传引用返回*/
}// 前置++
Date& Date::operator++()
{*this += 1;return *this;
}// 后置++
// 增加这个int参数不是为了接收具体的值，仅仅是占位，跟前置++构成重载，方便区分
Date Date::operator++(int)
{Date tmp = *this;*this += 1;return tmp;
}

test.cpp

#include"Date.h"void TestDate1()
{//+=Date d1(2023, 4, 26);d1 += 100;d1.Print();//2023-8-4//+//如果我i+100，i是不是不应该变？Date d2(2023, 4, 26);//Date d3(d2 + 100);Date d3 = d2 + 100;d2.Print();//2023-4-26d3.Print();//2023-8-4// 用一个已经存在的对象初始化另一个对象  -- 构造函数Date d4 = d2;  // 等价于 Date d4(d2);//已经存在的两个对象之间复制拷贝        -- 运算符重载函数d4 = d1;//int i = 0, j = 1;//j += i += 10;
}void TestDate2()
{Date d1(2023, 4, 26);// 都要++，前置++返回++以后的对象，后置++返回++之前的对象++d1; // d1.operator++()d1++; // d1.operator++(0)
}int main()
{TestDate1();TestDate2();return 0;
}

注意：

  1. 构造函数一般都需要自己写，自己传参定义初始化
  2. 析构，构造时有资源申请（如malloc或者fopen等），就需要显示写析构函数
  3. 拷贝构造和赋值重载，显示写了析构，内部管理资源，就需要显示实现深拷贝

6.取地址运算符重载

6.1 const成员函数

  • 将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后面。

  • const实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。const 修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this

d9fb37301bbf4763dfafb181db6db3fe

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// void Print(const Date* const this) constvoid Print() const{cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{// 这里非const对象也可以调用const成员函数是一种权限的缩小Date d1(2024, 7, 5);d1.Print();const Date d2(2024, 8, 5);d2.Print();return 0;
}

6.2 取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，一般这两个函数编译器自动生成的就可以够我们用了，不需要去显示实现。除非一些很特殊的场景，比如我们不想让别人取到当前类对象的地址，就可以自己实现一份，胡乱返回一个地址。

class Date
{ 
public :Date* operator&(){return this;// return nullptr;}const Date* operator&()const{return this;// return nullptr;}
private :int _year ; // 年int _month ; // 月int _day ; // 日
};

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