C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)第十章運(yùn)算符重載與類(lèi)模板1精選課件學(xué)習(xí)目標(biāo)⑴理解為什么要進(jìn)行運(yùn)算符重載，在什么情況下要進(jìn)行運(yùn)算符重載⑵掌握通過(guò)成員函數(shù)重載運(yùn)算符，借助友元函數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符重載⑶理解引用在運(yùn)算符重載中的作用，引用作為參數(shù)和返回值的好處和用法⑷理解類(lèi)型轉(zhuǎn)換的必要性，能夠在程序設(shè)計(jì)中正確應(yīng)用類(lèi)型轉(zhuǎn)換⑸理解為什么要引入類(lèi)模板的概念，掌握類(lèi)模板的應(yīng)用2精選課件10.1為什么要進(jìn)行運(yùn)算符重載10.1.1運(yùn)算符重載的例子 在程序中，經(jīng)常會(huì)使用運(yùn)算符，但C++中已經(jīng)定義的運(yùn)算符都是針對(duì)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的，那么能否將它們用于復(fù)雜的類(lèi)對(duì)象呢？在學(xué)習(xí)本章之前，我們往往是編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)運(yùn)算功能的函數(shù)來(lái)解決復(fù)雜類(lèi)型的運(yùn)算問(wèn)題。首先來(lái)看一個(gè)復(fù)數(shù)加法運(yùn)算的例子，請(qǐng)注意程序中，加法運(yùn)算時(shí)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)形式?！纠?-1】復(fù)數(shù)的加運(yùn)算。見(jiàn)教材P1333精選課件程序說(shuō)明： 在【例10-1】為了解決復(fù)數(shù)的存儲(chǔ)問(wèn)題，在復(fù)數(shù)類(lèi)Complex中，定義了兩個(gè)私有成員變量：real（復(fù)數(shù)的實(shí)部）和imag（復(fù)數(shù)的虛部）；并定義了公有的復(fù)數(shù)加法函數(shù)add()和友元輸出函數(shù)print()顯示復(fù)數(shù)。在main函數(shù)中定義了三個(gè)復(fù)數(shù)對(duì)象，使用加法函數(shù)add進(jìn)行3個(gè)復(fù)數(shù)的相加，并輸出結(jié)果。 在程序中三個(gè)復(fù)數(shù)相加的表達(dá)式為： c4=c1.add(c2).add(c3); 用這種方式書(shū)寫(xiě)表達(dá)式，不僅形式復(fù)雜、不符合人們的日常書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，而且不易理解；復(fù)數(shù)的運(yùn)算越復(fù)雜，書(shū)寫(xiě)的表達(dá)式越困難，給使用自定義類(lèi)編寫(xiě)程序帶來(lái)諸多不便。如果能夠像使用基本類(lèi)型那樣用運(yùn)算符來(lái)書(shū)寫(xiě)復(fù)數(shù)運(yùn)算表達(dá)式（如c4=c1+c2+c3;），不僅書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)單，也更容易理解；這正是在C++中引入了運(yùn)算符重載的意義所在。下面通過(guò)使用運(yùn)算符重載進(jìn)行復(fù)數(shù)加運(yùn)算例子來(lái)了解如何進(jìn)行運(yùn)算符的重載。4精選課件【例10-2】使用運(yùn)算符重載進(jìn)行復(fù)數(shù)加運(yùn)算見(jiàn)教材P134輸出結(jié)果：11+2i程序說(shuō)明： 該程序的作用和【例10-1】相同，只是用運(yùn)算符重載函數(shù)代替了加法函數(shù)。 比較兩個(gè)程序不難發(fā)現(xiàn)，【例10-2】中書(shū)寫(xiě)的復(fù)數(shù)相加表達(dá)式，含義清晰，便于書(shū)寫(xiě)。讓復(fù)數(shù)類(lèi)的使用變得更加簡(jiǎn)易。 程序中“+”運(yùn)算符重載的定義如下： Complexoperator+(Complex&c); 它與一般函數(shù)的定義非常相似，不同的是運(yùn)算符重載函數(shù)的名字（“operator+”）是由“operator”關(guān)鍵字和緊隨其后的運(yùn)算符“+”組成；關(guān)鍵字“operator”表明該函數(shù)是一個(gè)運(yùn)算符重載函數(shù)。在【例10-2】中，該函數(shù)是作為類(lèi)Complex的成員函數(shù)，因此把以這種方式的運(yùn)算符重載稱(chēng)作重載為類(lèi)運(yùn)算符。5精選課件【例10-3】重載為友元運(yùn)算符進(jìn)行復(fù)數(shù)加運(yùn)算見(jiàn)教材P136 輸出結(jié)果：11+2i 程序說(shuō)明： 本例實(shí)現(xiàn)的功能與【例10-1】和【例10-2】完全相同。 本例中，“+”運(yùn)算符重載函數(shù)的定義如下： Complexoperator+(Complex&c1,Complex&c2); 由于該函數(shù)是一般的普通函數(shù)，不是類(lèi)的成員函數(shù)，只是為能夠訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)的私有數(shù)據(jù)成員，而把其聲明為類(lèi)的友元函數(shù)，因此在定義時(shí)參數(shù)表中必須指定兩個(gè)參數(shù)：第1個(gè)參數(shù)作為運(yùn)算符的左操作數(shù)，第2參數(shù)作為運(yùn)算符的右操作數(shù)。6精選課件10.1.2注意事項(xiàng)C++對(duì)運(yùn)算符重載作出了一定的限制和規(guī)定，在重載運(yùn)算符時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)： ⑴不是所有運(yùn)算符都可以被重載。C++的大部分運(yùn)算符都可以被重載?？梢灾剌d的運(yùn)算符如下：newnew[]deletedelete[]+-*/%^&|~=<>+=-=*-/=%=^=&=|=<<>>&&||++--->*->()[]其中，運(yùn)算符()是函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符，[]是下標(biāo)運(yùn)算符。+、-、*和&的一元、二元形式都可以被重載。自增運(yùn)算符++和自減運(yùn)算符--的前置、后置形式都可以被重載。以上可重載運(yùn)算符中，除了賦值運(yùn)算符"="之外，基類(lèi)中所有被重載的運(yùn)算符都將被派生類(lèi)繼承。7精選課件不可以重載的運(yùn)算符如下：.(成員運(yùn)算符).*(成員對(duì)象選擇符)::(解析運(yùn)算符)？:（條件運(yùn)算符）⑵重載不能改變運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)。假定已定義了復(fù)數(shù)類(lèi)Complex,并且已定義了加法和乘法運(yùn)算符重載函數(shù)，Complexc1(1,2),c2(3,4),c3(5,6),answer;answer=c1+c2*c3;在這個(gè)表達(dá)式中，乘法運(yùn)算優(yōu)先級(jí)高于加法運(yùn)算，它等效于answer=c1+(c2*c3);如同系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)類(lèi)型一樣,可以使用括號(hào)強(qiáng)制改變重載運(yùn)算符的計(jì)算順序，例如：answer=(c1+c2)*c3;⑶重載不能改變運(yùn)算符的結(jié)合律。8精選課件⑷重載不能改變運(yùn)算符的操作數(shù)個(gè)數(shù)。重載的一元運(yùn)算符仍然是一元運(yùn)算符，重載的二元運(yùn)算符仍然是二元運(yùn)算符。C++中唯一的三元運(yùn)算符（？：）不能被重載。運(yùn)算符+、-、*、&和~既可以用作一元運(yùn)算符和二元運(yùn)算符，對(duì)這幾個(gè)運(yùn)算符，要分別把他們重載為一元運(yùn)算符和二元運(yùn)算符。⑸不能創(chuàng)建新的運(yùn)算符，只有現(xiàn)用的運(yùn)算符才能被重載。⑹運(yùn)算符重載函數(shù)的參數(shù)至少有一個(gè)必須是類(lèi)的對(duì)象或者是類(lèi)的對(duì)象的引用。⑺運(yùn)算符只能被顯式重載（不存在隱式重載），例如，運(yùn)算符"+"和"="已被分別重載，這不意味著運(yùn)算符"+="或"=="已被重載。⑻運(yùn)算符重載函數(shù)不能帶有缺省參數(shù)。⑼重載運(yùn)算符時(shí)，要保持語(yǔ)義上的一致性。例如，重載運(yùn)算符"+"時(shí)，仍應(yīng)對(duì)有關(guān)對(duì)象執(zhí)行加法運(yùn)算。當(dāng)然，也可以定義為其它某種運(yùn)算，但這樣做既沒(méi)有必要，也容易造成混亂。⑽C++規(guī)定，“=、()、[]、->”四種運(yùn)算符必須重載為類(lèi)運(yùn)算符。9精選課件10.2賦值運(yùn)算符和四則運(yùn)算符的重載 對(duì)名為T(mén)的類(lèi)，其賦值運(yùn)算符重載函數(shù)的格式如下： Toperator=(T&); 由于賦值運(yùn)算符只能重載為類(lèi)運(yùn)算符，所以這是賦值運(yùn)算符重載函數(shù)的唯一格式。 對(duì)名為T(mén)的類(lèi)，其二元運(yùn)算符（用#表示）重載函數(shù)的格式如下： Toperator#(T&);//重載為類(lèi)成員運(yùn)算符 或 Toperatore#(T&,T&);//重載為非類(lèi)成員運(yùn)算符 四則運(yùn)算符屬于二元運(yùn)算符，也可以使用這兩種形式。 下面仍以復(fù)數(shù)運(yùn)算為例，說(shuō)明賦值運(yùn)算符和四則運(yùn)算符的重載。 【例10-4】復(fù)數(shù)的四則運(yùn)算見(jiàn)教材P13810精選課件10.3自增1和自減1運(yùn)算符重載自增1運(yùn)算符“++”和自減1運(yùn)算符“--”都各有兩種形式：前綴（前運(yùn)算）和后綴（后運(yùn)算）。例如，++a是前運(yùn)算符：在進(jìn)行其他運(yùn)算前，變量a首先增1。a++是后運(yùn)算符：做完其他運(yùn)算后，a才增1。這四種形式的每一種都可以重載。增1運(yùn)算符和減1運(yùn)算符都只有一個(gè)操作數(shù)，通常被重載為類(lèi)運(yùn)算符。一元類(lèi)運(yùn)算符重載函數(shù)的參數(shù)表理應(yīng)沒(méi)有參數(shù)（操作數(shù)即是類(lèi)對(duì)象本身），但為了區(qū)分前運(yùn)算和后運(yùn)算這兩種形式，C++中規(guī)定：前運(yùn)算符重載函數(shù)的參數(shù)表沒(méi)有參數(shù)；后運(yùn)算符重載函數(shù)的參數(shù)表設(shè)一個(gè)整數(shù)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)稱(chēng)為啞元，只作為一個(gè)標(biāo)志，用以區(qū)別前運(yùn)算符。所以，對(duì)名為T(mén)的類(lèi)，重載前運(yùn)算符和后運(yùn)算符的函數(shù)原型取如下格式：Toperator++();//重載前增1運(yùn)算符Toperator++(int);//重載后增1運(yùn)算符Toperator--();//重載前減1運(yùn)算符Toperator--(int);//重載后減1運(yùn)算符為了說(shuō)明增1運(yùn)算符和減1運(yùn)算符重載，下面給出一個(gè)分?jǐn)?shù)類(lèi)作自增，自減的例子。【例6-5】分?jǐn)?shù)類(lèi)的自增，自減。見(jiàn)教材P14211精選課件10.4關(guān)系運(yùn)算符的重載在C++中對(duì)于使用內(nèi)部數(shù)據(jù)類(lèi)型定義的變量，可以使用六個(gè)關(guān)系運(yùn)算符“<、>、<=、>=、==和!=”進(jìn)行比較運(yùn)算。而要對(duì)自定義類(lèi)定義的變量進(jìn)行比較運(yùn)算，用戶(hù)就必須重載這些運(yùn)算符。下面以分?jǐn)?shù)的>為例說(shuō)明關(guān)系運(yùn)算符的重載?！纠?0-6】比較兩個(gè)分?jǐn)?shù)大小，輸出值大的分?jǐn)?shù)。見(jiàn)教材P14412精選課件10.5算術(shù)賦值運(yùn)算符的重載在C++中允許把算術(shù)運(yùn)算符和賦值運(yùn)算符組合在一起使用，這種書(shū)寫(xiě)方法簡(jiǎn)潔高效；同樣也可以在自定義類(lèi)型中重載這些運(yùn)算符。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，仍然使用分?jǐn)?shù)的例子。【例10-7】分?jǐn)?shù)的加法運(yùn)算。見(jiàn)教材P14513精選課件10.6下標(biāo)運(yùn)算符的重載“[]”下標(biāo)運(yùn)算符通常用于數(shù)組，c++也允許重載這個(gè)運(yùn)算符，在重載這個(gè)運(yùn)算符時(shí)，需要注意的是：當(dāng)“[]”運(yùn)算符位于“=”左邊時(shí)，是修改數(shù)組中元素的值，需要返回這個(gè)元素的指針或引用；當(dāng)“[]”運(yùn)算符位于“=”右邊時(shí)，是取得數(shù)組中元素的值，需要返回這個(gè)元素的值或引用；為了能使“[]”運(yùn)算符即可用于“=”左邊，也可用于“=”右邊，在重載“[]”運(yùn)算符時(shí)，必須返回該元素的引用。下面給出一個(gè)數(shù)組類(lèi)的例子來(lái)說(shuō)明這一問(wèn)題。 【例10-8】一個(gè)數(shù)組類(lèi)的例子。見(jiàn)教材P14714精選課件10.7插入與抽取運(yùn)算符的重載10.7.1插入運(yùn)算符的重載 C++中對(duì)左移運(yùn)算符“<<”進(jìn)行重載，以便輸出C++內(nèi)部類(lèi)型的數(shù)據(jù)。對(duì)于自定義類(lèi)型也可以重載運(yùn)算符“<<”，按照合適的方式輸出自定義類(lèi)型的對(duì)象。下面以分?jǐn)?shù)的輸出為例介紹?！纠?0-9】分?jǐn)?shù)的輸出。見(jiàn)教材P14915精選課件10.7.2抽取運(yùn)算符的重載C++中對(duì)右移運(yùn)算符“>>”進(jìn)行重載，以便把外來(lái)的信息輸入到所有的C++內(nèi)部數(shù)據(jù)類(lèi)型的變量，這些重載函數(shù)作為系統(tǒng)類(lèi)的成員函數(shù)。例如，如果i是一個(gè)整型變量，C++便將輸入語(yǔ)句cin>>i;翻譯為cin.operator>>(i);然后調(diào)用此函數(shù)，讀取一個(gè)值，存入變量i中。為了支持自定義類(lèi)型，用戶(hù)應(yīng)重載輸入運(yùn)算符“>>”。在重載時(shí)，如果作為一般的函數(shù)來(lái)定義（而非類(lèi)的成員函數(shù)），則這個(gè)重載運(yùn)算符在被使用時(shí)應(yīng)被聲明為類(lèi)的友元運(yùn)算符。因?yàn)椤?gt;>”的第一個(gè)操作數(shù)是系統(tǒng)類(lèi)的對(duì)象cin（系統(tǒng)類(lèi)iostream的對(duì)象），因此，作為友元函數(shù)，類(lèi)X的輸入運(yùn)算符重載函數(shù)的原型應(yīng)為：istream&operator>>(istream&,X&);請(qǐng)注意：這個(gè)函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是輸入流的引用，第二個(gè)參數(shù)是類(lèi)X的引用。函數(shù)返回輸入流的引用，其目的是為了能連續(xù)輸入。對(duì)此，可以仿照6.7.1節(jié)做出解釋。【例10-10】分?jǐn)?shù)的輸入。見(jiàn)教材P15116精選課件10.8類(lèi)型轉(zhuǎn)換 在C++中，當(dāng)使用數(shù)值類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，各種類(lèi)型之間可以隱式或強(qiáng)制轉(zhuǎn)換；例如： doubled; inta=2; d=a+5.3; 這種書(shū)寫(xiě)方式，使代碼看起來(lái)優(yōu)雅而自然。在用戶(hù)自定義類(lèi)中，沒(méi)有進(jìn)行類(lèi)似的定義而無(wú)法使用這種方法。17精選課件10.8.1基本類(lèi)型轉(zhuǎn)換和自定義類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)換在定義了類(lèi)型轉(zhuǎn)換后，對(duì)所有TRangeInt類(lèi)型變量的計(jì)算都可以先轉(zhuǎn)換成int類(lèi)型，再進(jìn)行計(jì)算，因此，可以不需要進(jìn)行運(yùn)算符的重載（如下面例子中的“+”、“-”運(yùn)算符）?！纠?0-11】TRangeInt類(lèi)型的加、減運(yùn)算。見(jiàn)教材P15418精選課件10.8.2自定義類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)自定義類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換：使用類(lèi)型轉(zhuǎn)換符函數(shù)和構(gòu)造函數(shù)。不僅可以在基本類(lèi)型轉(zhuǎn)換和自定義類(lèi)型之間實(shí)現(xiàn)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換，也可以在兩個(gè)自定義類(lèi)型之間實(shí)現(xiàn)?！纠?0-12】使用類(lèi)型轉(zhuǎn)換符函數(shù)實(shí)現(xiàn)二維向量類(lèi)型和復(fù)數(shù)類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)換。見(jiàn)教材P15519精選課件【例10-13】使用構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)二維向量類(lèi)型和復(fù)數(shù)類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)換。程序見(jiàn)教材P15720精選課件10.9類(lèi)模板與模板類(lèi)在編寫(xiě)程序時(shí)，有許多類(lèi)的工作機(jī)制是相同的，只是其使用的數(shù)據(jù)類(lèi)型不同。鏈表就是一個(gè)較為典型的例子，可以有整型鏈表、結(jié)構(gòu)鏈表或自定義類(lèi)的鏈表，但就鏈表本身的操作來(lái)說(shuō)是相同的。在鏈表操作時(shí)，如果能夠把要處理的類(lèi)型當(dāng)作參數(shù)，就可以構(gòu)建一個(gè)通用的鏈表類(lèi)。類(lèi)模板的定義格式如下：template<classT>class類(lèi)名{……}21精選課件這里template<classT>是指出在所定義的類(lèi)中，將使用到一個(gè)參數(shù)的類(lèi)型為T(mén)；編譯時(shí)，類(lèi)型T將被調(diào)用時(shí)的具體類(lèi)型替換，產(chǎn)生一個(gè)具體的類(lèi)，稱(chēng)為模板類(lèi)（由模板產(chǎn)生的類(lèi)）。來(lái)看一個(gè)具體的例子：?jiǎn)蜗蜴湵?，其結(jié)構(gòu)圖6.1所示。這里的數(shù)據(jù)可以是任意類(lèi)型的，而對(duì)于任一個(gè)單向鏈表，其操作都是相同的；單向鏈表都具有增加、刪除、尋找、遍歷等操作鏈?zhǔn)字羔樄?jié)點(diǎn)指針數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)指針數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)指針數(shù)據(jù)圖10.1單向鏈表22精選課件【例10-14】通用鏈表類(lèi)的定義。程序見(jiàn)教材P15923精選課件本章小結(jié)本章介紹了C++中，運(yùn)算符重載和類(lèi)型轉(zhuǎn)換的概念，舉例說(shuō)明了運(yùn)算符重載和類(lèi)型轉(zhuǎn)換的用法。使用運(yùn)算符重載可以使程序易于理解并易于對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作。幾乎所有的C++運(yùn)算符都可以被重載。如果在類(lèi)中沒(méi)有說(shuō)明本身的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符，編譯程序?qū)?huì)提供，但它們都只是對(duì)對(duì)象進(jìn)行成員淺拷貝。this指