下面是一些 C++ 运算符重载示例,包括算术运算符、赋值运算符、逻辑运算符、成员运算符、关系运算符等等,这些都是使用频率较高的几个运算符重载案例。
⭐️ 所有示例代码均存放于 GitHub: getiot/cpp-courses/operator_overloading 。
示例 1:一元运算符重载
一元运算符即只对一个操作数进行操作的运算符,例如:!obj
、-obj
、++obj
、obj++
或 obj--
等等。
下面示例将对负号(-
)进行重载:
#include <iostream>
using namespace std;
class Distance
{
private:
int feet; // 0 到无穷
int inches; // 0 到 12
public:
// 构造函数
Distance() {
feet = 0;
inches = 0;
}
Distance(int f, int i) {
feet = f;
inches = i;
}
// 显示距离
void displayDistance() {
cout << "F: " << feet << ", I: " << inches << endl;
}
// 重载负运算符 ( - )
Distance operator- () {
feet = -feet;
inches = -inches;
return Distance(feet, inches);
}
};
int main(void)
{
Distance d1(1, 10), d2(-5, 110);
-d1; // 取相反数
d1.displayDistance(); // 距离 D1
-d2; // 取相反数
d2.displayDistance(); // 距离 D2
return 0;
}
编译并运行以上示例,输出结果如下:
F: -1, I: -10
F: 5, I: -110
示例 2:二元运算符重载
二元运算符即需要两个参数的运算符,例如:加运算符(+
)、减运算符(-
)、乘运算符(*
)、除运算符(/
)。
下面示例将重载加运算符(+
):
#include <iostream>
using namespace std;
class Box
{
double length; // 长度
double width; // 宽度
double height; // 高度
public:
Box () {
length = 0.0;
width = 0.0;
height = 0.0;
}
Box (double a, double b ,double c)
{
length = a;
width = b;
height = c;
}
double getVolume(void)
{
return length * width * height;
}
// 重载 + 运算符,用于把两个 Box 对象相加
Box operator+(const Box& b)
{
Box box;
box.length = this->length + b.length;
box.width = this->width + b.width;
box.height = this->height + b.height;
return box;
}
};
int main(void)
{
Box b1(5.0, 4.0, 3.0);
Box b2(6.0, 5.0, 4.0);
Box b3;
cout << "Volume of b1 : " << b1.getVolume() << endl;
cout << "Volume of b2 : " << b2.getVolume() << endl;
// 把两个对象相加,得到 Box3
b3 = b1 + b2;
// Box3 的体积
cout << "Volume of b3 : " << b3.getVolume() << endl;
return 0;
}
使用 g++ main.cpp && ./a.out
命令编译运行以上示例,输出结果如下:
Volume of b1 : 60
Volume of b2 : 120
Volume of b3 : 693
示例 3:关系运算符重载
C++ 允许重载任何一个关系运算符(例如 < 、 > 、 <= 、 >= 、 == 等),重载后的关系运算符可用于比较类的对象。许多 C++ 内置的数据类型也都支持各种关系运算符。
下面示例将重载小于符(<):
#include <iostream>
using namespace std;
class Rect
{
private:
double width;
double height;
public:
Rect(double a, double b)
{
width = a;
height = b;
}
double area() {
return width * height;
}
// 重载小于运算符 ( < ), 按照面积比大小
bool operator<(Rect& that)
{
return this->area() < that.area();
}
};
int main()
{
Rect r1(3.0, 5.0), r2(3.5, 4.5);
cout << "Area of r1 = " << r1.area() << endl;
cout << "Area of r2 = " << r2.area() << endl;
if ( r1 < r2 )
cout << "r1 is less than r2" << endl;
else
cout << "r1 is large than r2" << endl;
return 0;
}
编译运行以上代码,输出结果如下:
Area of r1 = 15
Area of r2 = 15.75
r1 is less than r2
示例 4:输入/输出运算符重载
C++ 使用流提取运算符(>>
)和流插入运算符(<<
)来输入和输出内置的数据类型,同时也允许重载 >>
和 <<
来操作对象等用户自定义的数据类型。
可以把运算符重载函数声明为类的友元函数,这样就可以不用创建对象而直接调用函数。
#include <iostream>
using namespace std;
class Rect
{
public:
double width;
double height;
Rect() {
width = 0;
height = 0;
}
Rect(double a, double b )
{
width = a;
height = b;
}
double area() {
return width * height;
}
friend std::ostream &operator<<(std::ostream &output, Rect &r)
{
output << "width: " << r.width << ", ";
output << "height: " << r.height << ", ";
output << "area: " << r.area();
return output;
}
friend std::istream &operator>>(std::istream &input, Rect &r)
{
input >> r.width >> r.height;
return input;
}
};
int main()
{
Rect r1(3.0, 4.0), r2(6.0, 8.0), r3;
cout << "Enter the value of object: \n";
cin >> r3;
cout << "r1: " << r1 << endl;
cout << "r2: " << r2 << endl;
cout << "r3: " << r3 << endl;
return 0;
}
编译和运行以上示例,输出结果如下:
Enter the value of object:
2 3
r1: width: 3, height: 4, area: 12
r2: width: 6, height: 8, area: 48
r3: width: 2, height: 3, area: 6
示例 5:++ 和 – 运算符重载
递增运算符(++
)和递减运算符(--
)是 C++ 语言中两个重要的一元运算符,包括前缀和后缀两种用法。
下面示例将演示如何重载前缀自增(++obj
)和后缀自减运算符(obj--
):
#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
private:
int minute;
int second;
public:
Time () {
minute = 0;
second = 0;
}
Time (int m, int s) {
minute = m;
second = s;
}
void display() {
cout << minute << " : " << second << endl;
}
// 重载前缀递增运算符 ( ++ )
Time operator++() {
second++;
if (second >= 60) {
minute++;
second = 0;
}
return Time(minute, second);
}
// 重载后缀递增运算符( ++ )
Time operator++(int)
{
Time t(minute, second); // 保存原始值
second++; // 对象加 1
if (second >= 60) {
minute++;
second = 0;
}
return t; // 返回旧的原始值
}
};
int main()
{
Time t1(12, 58), t2(0,45);
t1.display();
(++t1).display();
(++t1).display();
t2.display();
(t2++).display();
(t2++).display();
return 0;
}
编译运行以上示例,输出结果如下:
12 : 58
12 : 59
13 : 0
0 : 45
0 : 45
0 : 46
示例 6:赋值运算符重载
C++ 允许重载赋值运算符(=
),用于创建一个对象,比如拷贝构造函数。
下面示例重载 Rect
中的赋值运算符,并在每次拷贝的时候就把长度和宽度数值各加 1。
#include <iostream>
using namespace std;
class Rect
{
private:
double width;
double height;
public:
Rect() {
width = 0;
height = 0;
}
Rect(double a, double b) {
width = a;
height = b;
}
void display() {
cout << " width: " << width;
cout << " height: " << height;
}
void operator= (const Rect &r)
{
width = r.width + 1;
height = r.height + 1;
}
};
int main()
{
Rect r1(3.0, 4.0), r2;
r2 = r1;
cout << "r1: ";
r1.display();
cout << endl;
cout << "r2: ";
r2.display();
cout << endl;
return 0;
}
编译和运行以上示例,输出结果如下:
r1: width: 3 height: 4
r2: width: 4 height: 5
示例 7:函数调用运算符重载
C++ 允许重载函数调用运算符(即 ()
符号)。重载 ()
的目的不是为了创造一种新的调用函数的方式,而是创建一个可以传递任意个参数的运算符函数。其实就是创建一个可调用的对象。
下面示例将演示重载函数调用运算符的妙用:
#include <iostream>
using namespace std;
class Rect
{
private:
int width;
int height;
public:
Rect() {
width = 0;
height = 0;
}
Rect(int a ,int b) {
width = a;
height = b;
}
void operator()() {
cout << "Area of myself is:" << width * height << endl;
}
};
int main()
{
Rect r1(3, 4), r2(6, 8);
cout << "r1: ";
r1();
cout << "r2: ";
r2();
return 0;
}
编译和运行以上示例,输出结果如下:
r1: Area of myself is:12
r2: Area of myself is:48
示例 8:下标运算符重载
下标操作符([]
)通常用于访问数组元素。C++ 允许重载下标运算符用于增强操作 C++ 数组的功能,重载下标运算符最重要的作用就是设置一个哨兵,防止数组访问越界。
下面示例演示重载下标运算符:
#include <iostream>
using namespace std;
const int SIZE = 10;
class Fibo
{
private:
// 偷懒,防止把 SIZE 设置的过小
int arr[SIZE+3];
public:
Fibo() {
arr[0] = 0;
arr[1] = 1;
for(int i=2; i<SIZE; i++) {
arr[i] = arr[i-2] + arr[i-1];
}
}
int& operator[](unsigned int i) {
if (i >= SIZE) {
std::cout << "(索引超过最大值) ";
return arr[0]; // 返回第一个元素
}
return arr[i];
}
};
int main()
{
Fibo fb;
for (int i=0; i<SIZE+1; i++) {
cout << fb[i] << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
编译和运行以上示例,输出结果如下:
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 (索引超过最大值) 0
示例 9:类成员访问运算符重载
C++ 允许重载类成员访问运算符(->
),用于为一个类赋予 “指针” 行为。重载 ->
运算符时需要注意以下几点:
- 运算符
->
必须是一个成员函数; - 如果使用了
->
运算符,返回类型必须是指针或者是类的对象; - 运算符
->
通常与指针引用运算符*
结合使用,用于实现智能指针的功能; - 这些指针是行为与正常指针相似的对象,唯一不同的是,通过指针访问对象时,它们会执行其它的任务(比如,当指针销毁时,或者当指针指向另一个对象时,会自动删除对象)。
间接引用运算符 ->
可被定义为一个一元后缀运算符,比如:
class Ptr{
//...
X * operator->();
};
类 Ptr
的对象可用于访问类 X
的成员,使用方式与指针的用法十分相似,如下:
void f(Ptr p )
{
p->m = 10 ; // (p.operator->())->m = 10
}
语句 p->m
被解释为 (p.operator->())->m
。通过下面示例加深理解:
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
// 假设一个实际的类
class Obj
{
static int i, j;
public:
void f() const { cout << i++ << endl; }
void g() const { cout << j++ << endl; }
};
// 静态成员定义
int Obj::i = 10;
int Obj::j = 12;
// 为上面的类实现一个容器
class ObjContainer
{
std::vector<Obj*> a;
public:
void add(Obj* obj) {
a.push_back(obj); // 调用向量的标准方法
}
friend class SmartPointer;
};
// 实现智能指针,用于访问类 Obj 的成员
class SmartPointer {
ObjContainer oc;
int index;
public:
SmartPointer(ObjContainer& objc)
{
oc = objc;
index = 0;
}
// 前缀版本
// 返回值表示列表结束
bool operator++()
{
if(index >= oc.a.size())
return false;
if(oc.a[++index] == 0)
return false;
return true;
}
// 后缀版本
bool operator++(int)
{
return operator++();
}
// 重载运算符 ->
Obj* operator->() const
{
if(!oc.a[index]) {
std::cout << "Zero value";
return (Obj*)0;
}
return oc.a[index];
}
};
int main()
{
const int sz = 6;
Obj o[sz];
ObjContainer oc;
for(int i=0; i<sz; i++) {
oc.add(&o[i]);
}
SmartPointer sp(oc);
do {
sp->f();
sp->g();
} while(sp++);
return 0;
}
编译和运行以上示例,输出结果如下:
10
12
11
13
12
14
13
15
14
16
15
17
示例 10:逻辑非运算符重载
逻辑非(!
)运算符是一元运算符,它总是出现在所操作对象的左边,如 !obj
。逻辑非运算符运算符返回的类型为 bool
类型,当对象为真值时,返回假;当对象为假值时,返回真。
下面示例演示如何重载 !
运算符:
#include <iostream>
using namespace std;
class Rect
{
private:
int width;
int height;
public:
Rect() {
width = 0;
height = 0;
}
Rect( int a, int b ) {
width = a;
height = b;
}
int area () {
return width * height;
}
// 当 width 或者 height 有一个小于 0 则返回 true
bool operator!() {
if ( width <= 0 || height <= 0 ) {
return true;
}
return false;
}
};
int main()
{
Rect r1(3, 4), r2(-3, 4);
if (!r1) cout << "r1 is not a rectangle" << endl;
else cout << "r1 is a rectangle" << endl;
if (!r2) cout << "r2 is not a rectangle" << endl;
else cout << "r2 is a rectangle" << endl;
return 0;
}
使用 g++ main.cpp && ./a.out
命令编译和运行以上示例,输出结果如下:
r1 is a rectangle
r2 is not a rectangle
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