第10章-C++程序設(shè)計(譚浩強)電子課件

第10章運算符重載10.1什么是運算符重載10.2運算符重載的方法10.3重載運算符的規(guī)那么10.4運算符重載函數(shù)作為類成員函數(shù)和友元函數(shù)10.5重載雙目運算符10.6重載單目運算符10.7重載流插入運算符和流提取運算符10.8不同類型數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換所謂重載，就是重新賦予新的含義。函數(shù)重載就是對一個已有的函數(shù)賦予新的含義，使之實現(xiàn)新功能。運算符也可以重載。實際上，我們已經(jīng)在不知不覺之中使用了運算符重載?，F(xiàn)在要討論的問題是：用戶能否根據(jù)自己的需要對C++已提供的運算符進行重載，賦予它們新的含義，使之一名多用。譬如，能否用“+〞號進行兩個復數(shù)的相加。在C++中不能在程序中直接用運算符“+〞對復數(shù)進行相加運算。用戶必須自己設(shè)法實現(xiàn)復數(shù)相加。例如用戶可以通過定義一個專門的函數(shù)來實現(xiàn)復數(shù)相加。見例10.1。10.1什么是運算符重載例10.1通過函數(shù)來實現(xiàn)復數(shù)相加。#include<iostream>usingnamespacestd;classComplex//定義Complex類{public:Complex(){real=0;imag=0;}//定義構(gòu)造函數(shù)Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}//構(gòu)造函數(shù)重載Complexcomplex_add(Complex&c2);//聲明復數(shù)相加函數(shù)voiddisplay();//聲明輸出函數(shù)

private:doublereal;//實部doubleimag;//虛部};ComplexComplex∷complex_add(Complex&c2){Complexc;c.real=real+c2.real;c.imag=imag+c2.imag;returnc;}voidComplex∷display()//定義輸出函數(shù){cout<<″(″<<real<<″,″<<imag<<″i)″<<endl;}intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;//定義3個復數(shù)對象c3=c1plex_add(c2);//調(diào)用復數(shù)相加函數(shù)cout<<″c1=″;c1.display();//輸出c1的值cout<<″c2=″;c2.display();//輸出c2的值cout<<″c1+c2=″;c3.display();//輸出c3的值return0;}運行結(jié)果如下：c1=(3+4i)c2=(5-10i)c1+c2=(8,-6i)結(jié)果無疑是正確的，但調(diào)用方式不直觀、太煩瑣，使人感到很不方便。能否也和整數(shù)的加法運算一樣，直接用加號“+〞來實現(xiàn)復數(shù)運算呢？如c3=c1+c2;編譯系統(tǒng)就會自動完成c1和c2兩個復數(shù)相加的運算。如果能做到，就為對象的運算提供了很大的方便。這就需要對運算符“+〞進行重載。運算符重載的方法是定義一個重載運算符的函數(shù)，在需要執(zhí)行被重載的運算符時，系統(tǒng)就自動調(diào)用該函數(shù)，以實現(xiàn)相應的運算。也就是說，運算符重載是通過定義函數(shù)實現(xiàn)的。運算符重載實質(zhì)上是函數(shù)的重載。重載運算符的函數(shù)一般格式如下：函數(shù)類型operator運算符名稱(形參表列){對運算符的重載處理}例如，想將“+〞用于Complex類(復數(shù))的加法運算，函數(shù)的原型可以是這樣的：Complexoperator+(Complex&c1,Complex&c2);10.2運算符重載的方法在定義了重載運算符的函數(shù)后，可以說：函數(shù)operator+重載了運算符+。為了說明在運算符重載后，執(zhí)行表達式就是調(diào)用函數(shù)的過程，可以把兩個整數(shù)相加也想像為調(diào)用下面的函數(shù)：intoperator+(inta,intb){return(a+b);}如果有表達式5+8，就調(diào)用此函數(shù)，將5和8作為調(diào)用函數(shù)時的實參，函數(shù)的返回值為13。這就是用函數(shù)的方法理解運算符?？梢栽诶?0.1程序的根底上重載運算符“+〞，使之用于復數(shù)相加。例10.2改寫例10.1，重載運算符“+〞，使之能用于兩個復數(shù)相加。#include<iostream>usingnamespacestd;classComplex{public:Complex(){real=0;imag=0;}Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}Complexoperator+(Complex&c2);//聲明重載運算符的函數(shù)voiddisplay();private:doublereal;doubleimag;};ComplexComplex∷operator+(Complex&c2)//定義重載運算符的函數(shù){Complexc;c.real=real+c2.real;c.imag=imag+c2.imag;returnc;}voidComplex∷display(){cout<<″(″<<real<<″,″<<imag<<″i)″<<endl;}intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;c3=c1+c2;//運算符+用于復數(shù)運算cout<<″c1=″;c1.display();cout<<″c2=″;c2.display();cout<<″c1+c2=″;c3.display();return0;}運行結(jié)果與例10.1相同：c1=(3+4i)c2=(5-10i)c1+c2=(8,-6i)請比較例10.1和例10.2，只有兩處不同：(1)在例10.2中以operator+函數(shù)取代了例10.1中的complex_add函數(shù)，而且只是函數(shù)名不同，函數(shù)體和函數(shù)返回值的類型都是相同的。(2)在main函數(shù)中，以“c3=c1+c2;〞取代了例10.1中的“c3=c1plex_add(c2);〞。在將運算符+重載為類的成員函數(shù)后，C++編譯系統(tǒng)將程序中的表達式c1+c2解釋為c1.operator+(c2)//其中c1和c2是Complex類的對象即以c2為實參調(diào)用c1的運算符重載函數(shù)operator+(Complex&c2)，進行求值，得到兩個復數(shù)之和。雖然重載運算符所實現(xiàn)的功能完全可以用函數(shù)實現(xiàn)，但是使用運算符重載能使用戶程序易于編寫、閱讀和維護。在實際工作中，類的聲明和類的使用往往是別離的。假設(shè)在聲明Complex類時，對運算符+,-,*,/都進行了重載，那么使用這個類的用戶在編程時可以完全不考慮函數(shù)是怎么實現(xiàn)的，放心大膽地直接使用+,-,*,/進行復數(shù)的運算即可，十分方便。對上面的運算符重載函數(shù)operator+還可以改寫得更簡練一些：ComplexComplex∷operator+(Complex&c2){returnComplex(real+c2.real,imag+c2.imag);}需要說明的是：運算符被重載后，其原有的功能仍然保存，沒有喪失或改變。通過運算符重載，擴大了C++已有運算符的作用范圍，使之能用于類對象。運算符重載對C++有重要的意義，把運算符重載和類結(jié)合起來，可以在C++程序中定義出很有實用意義而使用方便的新的數(shù)據(jù)類型。運算符重載使C++具有更強大的功能、更好的可擴充性和適應性，這是C++最吸引人的特點之一。(1)C++不允許用戶自己定義新的運算符，只能對已有的C++運算符進行重載。〔2〕C++允許重載的運算符C++中絕大局部的運算符允許重載。具體規(guī)定見書中表10.1。不能重載的運算符只有5個：.(成員訪問運算符).*(成員指針訪問運算符)∷(域運算符)sizeof(長度運算符)?:(條件運算符)10.3重載運算符的規(guī)那么前兩個運算符不能重載是為了保證訪問成員的功能不能被改變，域運算符和sizeof運算符的運算對象是類型而不是變量或一般表達式，不具重載的特征。(3)重載不能改變運算符運算對象(即操作數(shù))的個數(shù)。(4)重載不能改變運算符的優(yōu)先級別。(5)重載不能改變運算符的結(jié)合性。(6)重載運算符的函數(shù)不能有默認的參數(shù)，否那么就改變了運算符參數(shù)的個數(shù)，與前面第(3)點矛盾。(7)重載的運算符必須和用戶定義的自定義類型的對象一起使用，其參數(shù)至少應有一個是類對象(或類對象的引用)。也就是說，參數(shù)不能全部是C++的標準類型，以防止用戶修改用于標準類型數(shù)據(jù)的運算符的性質(zhì)。(8)用于類對象的運算符一般必須重載，但有兩個例外，運算符“=〞和“&〞不必用戶重載。①賦值運算符(=)可以用于每一個類對象，可以利用它在同類對象之間相互賦值。②地址運算符&也不必重載，它能返回類對象在內(nèi)存中的起始地址。(9)應當使重載運算符的功能類似于該運算符作用于標準類型數(shù)據(jù)時所實現(xiàn)的功能。(10)運算符重載函數(shù)可以是類的成員函數(shù)(如例10.2)，也可以是類的友元函數(shù)，還可以是既非類的成員函數(shù)也不是友元函數(shù)的普通函數(shù)。在本章例10.2程序中對運算符“+〞進行了重載，使之能用于兩個復數(shù)的相加。在該例中運算符重載函數(shù)operator+作為Complex類中的成員函數(shù)?！?〞是雙目運算符，為什么在例10.2程序中的重載函數(shù)中只有一個參數(shù)呢？實際上，運算符重載函數(shù)有兩個參數(shù)，由于重載函數(shù)是Complex類中的成員函數(shù)，有一個參數(shù)是隱含的，運算符函數(shù)是用this指針隱式地訪問類對象的成員。10.4運算符重載函數(shù)作為類成員函數(shù)和友元函數(shù)可以看到，重載函數(shù)operator+訪問了兩個對象中的成員，一個是this指針指向的對象中的成員，一個是形參對象中的成員。如this->real+c2.real，this->real就是c1.real。在10.2節(jié)中已說明，在將運算符函數(shù)重載為成員函數(shù)后，如果出現(xiàn)含該運算符的表達式，如c1+c2,編譯系統(tǒng)把它解釋為c1.operator+(c2)即通過對象c1調(diào)用運算符重載函數(shù)，并以表達式中第二個參數(shù)(運算符右側(cè)的類對象c2)作為函數(shù)實參。運算符重載函數(shù)的返回值是Complex類型，返回值是復數(shù)c1和c2之和(Complex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag))。運算符重載函數(shù)除了可以作為類的成員函數(shù)外，還可以是非成員函數(shù)。可以將例10.2改寫為例10.3。例10.3將運算符“+〞重載為適用于復數(shù)加法，重載函數(shù)不作為成員函數(shù)，而放在類外，作為Complex類的友元函數(shù)。#include<iostream>usingnamespacestd;classComplex{public:Complex(){real=0;imag=0;}Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}friendComplexoperator+(Complex&c1,Complex&c2);//重載函數(shù)作為友元函數(shù)voiddisplay();private:doublereal;doubleimag;};Complexoperator+(Complex&c1,Complex&c2)//定義作為友元函數(shù)的重載函數(shù){returnComplex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);}voidComplex∷display(){cout<<″(″<<real<<″,″<<imag<<″i)″<<endl;}intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;c3=c1+c2;cout<<″c1=″;c1.display();cout<<″c2=″;c2.display();cout<<″c1+c2=″;c3.display();}與例10.2相比較，只作了一處改動，將運算符函數(shù)不作為成員函數(shù)，而把它放在類外，在Complex類中聲明它為友元函數(shù)。同時將運算符函數(shù)改為有兩個參數(shù)。在將運算符“+〞重載為非成員函數(shù)后，C++編譯系統(tǒng)將程序中的表達式c1+c2解釋為operator+(c1,c2)即執(zhí)行c1+c2相當于調(diào)用以下函數(shù)：Complexoperator+(Complex&c1,Complex&c2){returnComplex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);}求出兩個復數(shù)之和。運行結(jié)果同例10.2。為什么把運算符函數(shù)作為友元函數(shù)呢？因為運算符函數(shù)要訪問Complex類對象中的成員。如果運算符函數(shù)不是Complex類的友元函數(shù)，而是一個普通的函數(shù)，它是沒有權(quán)利訪問Complex類的私有成員的。在10.2節(jié)中曾提到過：運算符重載函數(shù)可以是類的成員函數(shù)，也可以是類的友元函數(shù)，還可以是既非類的成員函數(shù)也不是友元函數(shù)的普通函數(shù)?，F(xiàn)在分別討論這3種情況。首先，只有在極少的情況下才使用既不是類的成員函數(shù)也不是友元函數(shù)的普通函數(shù)，原因是上面提到的，普通函數(shù)不能直接訪問類的私有成員。在剩下的兩種方式中，什么時候應該用成員函數(shù)方式，什么時候應該用友元函數(shù)方式？二者有何區(qū)別呢？如果將運算符重載函數(shù)作為成員函數(shù)，它可以通過this指針自由地訪問本類的數(shù)據(jù)成員，因此可以少寫一個函數(shù)的參數(shù)。但必須要求運算表達式第一個參數(shù)(即運算符左側(cè)的操作數(shù))是一個類對象，而且與運算符函數(shù)的類型相同。因為必須通過類的對象去調(diào)用該類的成員函數(shù)，而且只有運算符重載函數(shù)返回值與該對象同類型，運算結(jié)果才有意義。在例10.2中，表達式c1+c2中第一個參數(shù)c1是Complex類對象，運算符函數(shù)返回值的類型也是Complex，這是正確的。如果c1不是Complex類，它就無法通過隱式this指針訪問Complex類的成員了。如果函數(shù)返回值不是Complex類復數(shù)，顯然這種運算是沒有實際意義的。如想將一個復數(shù)和一個整數(shù)相加，如c1+i，可以將運算符重載函數(shù)作為成員函數(shù)，如下面的形式：ComplexComplex∷operator+(int&i)//運算符重載函數(shù)作為Complex類的成員函數(shù){returnComplex(real+i,imag);}注意在表達式中重載的運算符“+〞左側(cè)應為Complex類的對象，如c3=c2+i;不能寫成c3=i+c2;//運算符“+〞的左側(cè)不是類對象，編譯出錯如果出于某種考慮，要求在使用重載運算符時運算符左側(cè)的操作數(shù)是整型量〔如表達式i+c2，運算符左側(cè)的操作數(shù)i是整數(shù)〕，這時是無法利用前面定義的重載運算符的，因為無法調(diào)用i.operator+函數(shù)?？上攵?，如果運算符左側(cè)的操作數(shù)屬于C++標準類型(如int)或是一個其他類的對象，那么運算符重載函數(shù)不能作為成員函數(shù)，只能作為非成員函數(shù)。如果函數(shù)需要訪問類的私有成員，那么必須聲明為友元函數(shù)?？梢栽贑omplex類中聲明：friendComplexoperator+(int&i,Complex&c);//第一個參數(shù)可以不是類對象在類外定義友元函數(shù)：Complexoperator+(int&i,Complex&c)//運算符重載函數(shù)不是成員函數(shù){returnComplex(i+c.real,c.imag);}將雙目運算符重載為友元函數(shù)時，在函數(shù)的形參表列中必須有兩個參數(shù)，不能省略，形參的順序任意，不要求第一個參數(shù)必須為類對象。但在使用運算符的表達式中，要求運算符左側(cè)的操作數(shù)與函數(shù)第一個參數(shù)對應，運算符右側(cè)的操作數(shù)與函數(shù)的第二個參數(shù)對應。如c3=i+c2;//正確，類型匹配c3=c2+i;//錯誤，類型不匹配請注意，數(shù)學上的交換律在此不適用。如果希望適用交換律，那么應再重載一次運算符“+〞。如Complexoperator+(Complex&c,int&i)//此時第一個參數(shù)為類對象{returnComplex(i+c.real,c.imag);}這樣，使用表達式i+c2和c2+i都合法，編譯系統(tǒng)會根據(jù)表達式的形式選擇調(diào)用與之匹配的運算符重載函數(shù)。可以將以上兩個運算符重載函數(shù)都作為友元函數(shù)，也可以將一個運算符重載函數(shù)(運算符左側(cè)為對象名的)作為成員函數(shù)，另一個(運算符左側(cè)不是對象名的)作為友元函數(shù)。但不可能將兩個都作為成員函數(shù)，原因是顯然的。C++規(guī)定，有的運算符(如賦值運算符、下標運算符、函數(shù)調(diào)用運算符)必須定義為類的成員函數(shù)，有的運算符那么不能定義為類的成員函數(shù)(如流插入“<<〞和流提取運算符“>>〞、類型轉(zhuǎn)換運算符)。由于友元的使用會破壞類的封裝，因此從原那么上說，要盡量將運算符函數(shù)作為成員函數(shù)。但考慮到各方面的因素，一般將單目運算符重載為成員函數(shù)，將雙目運算符重載為友元函數(shù)。在學習了本章第10.7節(jié)例10.9的討論后，讀者對此會有更深入的認識。說明：有的C++編譯系統(tǒng)(如VisualC++6.0)沒有完全實現(xiàn)C++標準，它所提供不帶后綴.h的頭文件不支持把成員函數(shù)重載為友元函數(shù)。上面例10.3程序在GCC中能正常運行，而在VisualC++6.0中會編譯出錯。但是VisualC++所提供的老形式的帶后綴.h的頭文件可以支持此項功能，因此可以將程序頭兩行修改如下，即可順利運行：#include<iostream.h>以后如遇到類似情況，亦可照此辦理。雙目運算符(或稱二元運算符)是C++中最常用的運算符。雙目運算符有兩個操作數(shù)，通常在運算符的左右兩側(cè)，如3+5,a=b,i<10等。在重載雙目運算符時，不言而喻在函數(shù)中應該有兩個參數(shù)。下面再舉一個例子說明重載雙目運算符的應用。10.5重載雙目運算符例10.4定義一個字符串類String，用來存放不定長的字符串，重載運算符“==〞,“<〞和“>〞，用于兩個字符串的等于、小于和大于的比較運算。為了使讀者便于理解程序，同時也使讀者了解建立程序的步驟，下面分幾步來介紹編程過程。(1)先建立一個String類：#include<iostream>usingnamespacestd;classString{public:String(){p=NULL;}//默認構(gòu)造函數(shù)String(char*str);//構(gòu)造函數(shù)voiddisplay();private:char*p;//字符型指針，用于指向字符串};String∷String(char*str)//定義構(gòu)造函數(shù){p=str;}//使p指向?qū)崊⒆址畍oidString∷display()//輸出p所指向的字符串{cout<<p;}intmain(){Stringstring1(″Hello″),string2(″Book″);string1.display();cout<<endl;string2.display();return0;}運行結(jié)果為HelloBook(2)有了這個根底后，再增加其他必要的內(nèi)容?，F(xiàn)在增加對運算符重載的局部。為便于編寫和調(diào)試，先重載一個運算符“>〞。程序如下：#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;classString{public:String(){p=NULL;}String(char*str);friendbooloperator>(String&string1,String&string2);//聲明運算符函數(shù)為友元函數(shù)voiddisplay();private:char*p;//字符型指針，用于指向字符串};String∷String(char*str){p=str;}voidString∷display()//輸出p所指向的字符串{cout<<p;}booloperator>(String&string1,String&string2)//定義運算符重載函數(shù){if(strcmp(string1.p,string2.p)>0)returntrue;elsereturnfalse;}intmain(){Stringstring1(″Hello″),string2(″Book″);cout<<(string1>string2)<<endl;}程序運行結(jié)果為1。這只是一個并不很完善的程序，但是，已經(jīng)完成了實質(zhì)性的工作了，運算符重載成功了。其他兩個運算符的重載如法炮制即可。(3)擴展到對3個運算符重載。在String類體中聲明3個成員函數(shù)：friendbooloperator>(String&string1,String&string2);friendbooloperator<(String&string1,String&string2);friendbooloperator==(String&string1,String&string2);在類外分別定義3個運算符重載函數(shù)：booloperator>(String&string1,String&string2)//對運算符“>〞重載{if(strcmp(string1.p,string2.p)>0)returntrue;elsereturnfalse;}booloperator<(String&string1,String&string2)//對運算符“<〞重載{if(strcmp(string1.p,string2.p)<0)returntrue;elsereturnfalse;}booloperator==(String&string1,String&string2)//對運算符“==〞重載{if(strcmp(string1.p,string2.p)==0)returntrue;elsereturnfalse;}再修改主函數(shù)：intmain(){Stringstring1(″Hello″),string2(″Book″),string3(″Computer″);cout<<(string1>string2)<<endl;//比較結(jié)果應該為truecout<<(string1<string3)<<endl;//比較結(jié)果應該為falsecout<<(string1==string2)<<endl;//比較結(jié)果應該為falsereturn0;}運行結(jié)果為100結(jié)果顯然是對的。到此為止，主要任務根本完成。(4)再進一步修飾完善，使輸出結(jié)果更直觀。下面給出最后的程序。#include<iostream>usingnamespacestd;classString{public:String(){p=NULL;}String(char*str);friendbooloperator>(String&string1,String&string2);friendbooloperator<(String&string1,String&string2);friendbooloperator==(String&string1,String&string2);voiddisplay();private:char*p;};String∷String(char*str){p=str;}voidString∷display()//輸出p所指向的字符串{cout<<p;}booloperator>(String&string1,String&string2){if(strcmp(string1.p,string2.p)>0)returntrue;elsereturnfalse;}booloperator<(String&string1,String&string2){if(strcmp(string1.p,string2.p)<0)returntrue;elsereturnfalse;}booloperator==(String&string1,String&string2){if(strcmp(string1.p,string2.p)==0)returntrue;elsereturnfalse;}voidcompare(String&string1,String&string2){if(operator>(string1,string2)==1){string1.display();cout<<″>″;string2.display();}elseif(operator<(string1,string2)==1){string1.display();cout<<″<″;string2.display();}elseif(operator==(string1,string2)==1){string1.display();cout<<″=″;string2.display();}cout<<endl;}intmain(){Stringstring1(″Hello″),string2(″Book″),string3(″Computer″),string4(″Hello″);compare(string1,string2);compare(string2,string3);compare(string1,string4);return0;}運行結(jié)果為Hello>BookBook<ComputerHello==Hello增加了一個compare函數(shù)，用來對兩個字符串進行比較，并輸出相應的信息。這樣可以減輕主函數(shù)的負擔，使主函數(shù)簡明易讀。通過這個例子，不僅可以學習到有關(guān)雙目運算符重載的知識，而且還可以學習怎樣去編寫C++程序。這種方法的指導思想是：先搭框架，逐步擴充，由簡到繁，最后完善。邊編程，邊調(diào)試，邊擴充。千萬不要企圖在一開始時就解決所有的細節(jié)。類是可擴充的，可以一步一步地擴充它的功能。最好直接在計算機上寫程序，每一步都要上機調(diào)試，調(diào)試通過了前面一步再做下一步，步步為營。這樣編程和調(diào)試的效率是比較高的。讀者可以試驗一下。單目運算符只有一個操作數(shù)，如!a，-b，&c，*p，還有最常用的++i和--i等。重載單目運算符的方法與重載雙目運算符的方法是類似的。但由于單目運算符只有一個操作數(shù)，因此運算符重載函數(shù)只有一個參數(shù)，如果運算符重載函數(shù)作為成員函數(shù)，那么還可省略此參數(shù)。下面以自增運算符“++〞為例，介紹單目運算符的重載。10.6重載單目運算符例10.5有一個Time類，包含數(shù)據(jù)成員minute(分)和sec(秒)，模擬秒表，每次走一秒，滿60秒進一分鐘，此時秒又從0開始算。要求輸出分和秒的值。#include<iostream>usingnamespacestd;classTime{public:Time(){minute=0;sec=0;}//默認構(gòu)造函數(shù)Time(intm,ints):minute(m),sec(s){}//構(gòu)造函數(shù)重載Timeoperator++();//聲明運算符重載函數(shù)voiddisplay(){cout<<minute<<″:″<<sec<<endl;}//定義輸出時間函數(shù)private:intminute;intsec;};TimeTime∷operator++()//定義運算符重載函數(shù){if(++sec>=60){sec-=60;//滿60秒進1分鐘++minute;}return*this;//返回當前對象值}intmain(){Timetime1(34,0);for(inti=0;i<61;i++){++time1;time1.display();}return0;}運行情況如下：34:134:2┆34:5935:035:1(共輸出61行)可以看到：在程序中對運算符“++〞進行了重載，使它能用于Time類對象?！?+〞和“--〞運算符有兩種使用方式，前置自增運算符和后置自增運算符，它們的作用是不一樣的，在重載時怎樣區(qū)別這二者呢？針對“++〞和“--〞這一特點，C++約定：在自增(自減)運算符重載函數(shù)中，增加一個int型形參，就是后置自增(自減)運算符函數(shù)。例10.6在例10.5程序的根底上增加對后置自增運算符的重載。修改后的程序如下：#include<iostream>usingnamespacestd;classTime{public:Time(){minute=0;sec=0;}Time(intm,ints):minute(m),sec(s){}Timeoperator++();//聲明前置自增運算符“++〞重載函數(shù)Timeoperator++(int);//聲明后置自增運算符“++〞重載函數(shù)voiddisplay(){cout<<minute<<″:″<<sec<<endl;}private:intminute;intsec;};TimeTime∷operator++()//定義前置自增運算符“++〞重載函數(shù){if(++sec>=60){sec-=60;++minute;}return*this;//返回自加后的當前對象}TimeTime∷operator++(int)//定義后置自增運算符“++〞重載函數(shù){Timetemp(*this);sec++;if(sec>=60){sec-=60;++minute;}returntemp;//返回的是自加前的對象}intmain(){Timetime1(34,59),time2;cout<<″time1:″;time1.display();++time1;cout<<″++time1:″;time1.display();time2=time1++;//將自加前的對象的值賦給time2cout<<″time1++:″;time1.display();cout<<″time2:″;time2.display();//輸出time2對象的值}請注意前置自增運算符“++〞和后置自增運算符“++〞二者作用的區(qū)別。前者是先自加，返回的是修改后的對象本身。后者返回的是自加前的對象，然后對象自加。請仔細分析后置自增運算符重載函數(shù)。運行結(jié)果如下：time1:34:59(time1原值)++time1:35:0(執(zhí)行++time1后time1的值)time1++:35:1(再執(zhí)行time1++后time1的值)time2:35:0(time2保存的是執(zhí)行time1++前time1的值)可以看到：重載后置自增運算符時，多了一個int型的參數(shù)，增加這個參數(shù)只是為了與前置自增運算符重載函數(shù)有所區(qū)別，此外沒有任何作用。編譯系統(tǒng)在遇到重載后置自增運算符時，會自動調(diào)用此函數(shù)。C++的流插入運算符“<<〞和流提取運算符“>>〞是C++在類庫中提供的，所有C++編譯系統(tǒng)都在類庫中提供輸入流類istream和輸出流類ostream。cin和cout分別是istream類和ostream類的對象。在類庫提供的頭文件中已經(jīng)對“<<〞和“>>〞進行了重載，使之作為流插入運算符和流提取運算符，能用來輸出和輸入C++標準類型的數(shù)據(jù)。因此，在本書前面幾章中，但凡用“cout<<〞和“cin>>〞對標準類型數(shù)據(jù)進行輸入輸出的，都要用#include<iostream>把頭文件包含到本程序文件中。10.7重載流插入運算符和流提取運算符用戶自己定義的類型的數(shù)據(jù)，是不能直接用“<<〞和“>>〞來輸出和輸入的。如果想用它們輸出和輸入自己聲明的類型的數(shù)據(jù)，必須對它們重載。對“<<〞和“>>〞重載的函數(shù)形式如下：istream&operator>>(istream&,自定義類&);ostream&operator<<(ostream&,自定義類&);即重載運算符“>>〞的函數(shù)的第一個參數(shù)和函數(shù)的類型都必須是istream&類型，第二個參數(shù)是要進行輸入操作的類。重載“<<〞的函數(shù)的第一個參數(shù)和函數(shù)的類型都必須是ostream&類型，第二個參數(shù)是要進行輸出操作的類。因此，只能將重載“>>〞和“<<〞的函數(shù)作為友元函數(shù)或普通的函數(shù)，而不能將它們定義為成員函數(shù)。在程序中，人們希望能用插入運算符“<<〞來輸出用戶自己聲明的類的對象的信息，這就需要重載流插入運算符“<<〞。例10.7在例10.2的根底上，用重載的“<<〞輸出復數(shù)。#include<iostream>usingnamespacestd;classComplex{public:Complex(){real=0;imag=0;}Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}Complexoperator+(Complex&c2);//運算符“+〞重載為成員函數(shù)friendostream&operator<<(ostream&,Complex&);//運算符“<<〞重載為友元函數(shù)private:10.7.1重載流插入運算符“<<〞doublereal;doubleimag;};ComplexComplex∷operator+(Complex&c2)//定義運算符“+〞重載函數(shù){returnComplex(real+c2.real,imag+c2.imag);}ostream&operator<<(ostream&output,Complex&c)//定義運算符“<<〞重載函數(shù){output<<″(″<<c.real<<″+″<<c.imag<<″i)″<<endl;returnoutput;}intmain(){Complexc1(2,4),c2(6,10),c3;c3=c1+c2;cout<<c3;return0;}(在VisualC++6.0環(huán)境下運行時，需將第一行改為#include<iostream.h>，并刪去第2行。)運行結(jié)果為(8+14i)可以看到在對運算符“<<〞重載后，在程序中用“<<〞不僅能輸出標準類型數(shù)據(jù)，而且可以輸出用戶自己定義的類對象。用“cout<<c3〞即能以復數(shù)形式輸出復數(shù)對象c3的值。形式直觀，可讀性好，易于使用。下面對怎樣實現(xiàn)運算符重載作一些說明。程序中重載了運算符“<<〞，運算符重載函數(shù)中的形參output是ostream類對象的引用，形參名output是用戶任意起的。分析main函數(shù)最后第二行：cout<<c3;運算符“<<〞的左面是cout,前面已提到cout是ostream類對象?！?lt;<〞的右面是c3，它是Complex類對象。由于已將運算符“<<〞的重載函數(shù)聲明為Complex類的友元函數(shù)，編譯系統(tǒng)把“cout<<c3〞解釋為operator<<(cout,c3)即以cout和c3作為實參，調(diào)用下面的operator<<函數(shù)：ostream&operator<<(ostream&output,Complex&c){output<<″(″<<c.real<<″+″<<c.imag<<″i)″<<endl;returnoutput;}調(diào)用函數(shù)時，形參output成為cout的引用，形參c成為c3的引用。因此調(diào)用函數(shù)的過程相當于執(zhí)行：cout<<″(″<<c3.real<<″+″<<c3.imag<<″i)″<<endl;returncout;請注意：上一行中的“<<〞是C++預定義的流插入符，因為它右側(cè)的操作數(shù)是字符串常量和double類型數(shù)據(jù)。執(zhí)行cout語句輸出復數(shù)形式的信息。然后執(zhí)行return語句。請思考：returnoutput的作用是什么？答復是能連續(xù)向輸出流插入信息。output是ostream類的對象，它是實參cout的引用，也就是cout通過傳送地址給output，使它們二者共享同一段存儲單元，或者說output是cout的別名。因此，returnoutput就是returncout，將輸出流cout的現(xiàn)狀返回，即保存輸出流的現(xiàn)狀。請問返回到哪里？剛剛是在執(zhí)行cout<<c3;在cout<<c3的返回值是cout的當前值。如果有以下輸出：cout<<c3<<c2;先處理cout<<c3，即(cout<<c3)<<c2;而執(zhí)行(cout<<c3)得到的結(jié)果就是具有新內(nèi)容的流對象cout，因此，(cout<<c3)<<c2相當于cout(新值)<<c2。運算符“<<〞左側(cè)是ostream類對象cout，右側(cè)是Complex類對象c2,那么再次調(diào)用運算符“<<〞重載函數(shù)，接著向輸出流插入c2的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在可以理解了為什么C++規(guī)定運算符“<<〞重載函數(shù)的第一個參數(shù)和函數(shù)的類型都必須是ostream類型的引用，就是為了返回cout的當前值以便連續(xù)輸出。請讀者注意區(qū)分什么情況下的“<<〞是標準類型數(shù)據(jù)的流插入符，什么情況下的“<<〞是重載的流插入符。如cout<<c3<<5<<endl;有下劃線的是調(diào)用重載的流插入符，后面兩個“<<〞不是重載的流插入符，因為它的右側(cè)不是Complex類對象而是標準類型的數(shù)據(jù)，是用預定義的流插入符處理的。還有一點要說明：在本程序中，在Complex類中定義了運算符“<<〞重載函數(shù)為友元函數(shù)，因此只有在輸出Complex類對象時才能使用重載的運算符，對其他類型的對象是無效的。如cout<<time1;//time1是Time類對象，不能使用用于Complex類的重載運算符C++預定義的運算符“>>〞的作用是從一個輸入流中提取數(shù)據(jù)，如“cin>>i;〞表示從輸入流中提取一個整數(shù)賦給變量i(假設(shè)已定義i為int型)。重載流提取運算符的目的是希望將“>>〞用于輸入自定義類型的對象的信息。10.7.2重載流提取運算符“>>〞例10.8在例10.7的根底上，增加重載流提取運算符“>>〞，用“cin>>〞輸入復數(shù)，用“cout<<〞輸出復數(shù)。#include<iostream>usingnamespacestd;classComplex{public:friendostream&operator<<(ostream&,Complex&);//聲明重載運算符“<<〞friendistream&operator>>(istream&,Complex&);//聲明重載運算符“>>〞private:doublereal;doubleimag;};ostream&operator<<(ostream&output,Complex&c)//定義重載運算符“<<〞{output<<″(″<<c.real<<″+″<<c.imag<<″i)″;returnoutput;}istream&operator>>(istream&input,Complex&c)//定義重載運算符“>>〞{cout<<″inputrealpartandimaginarypartofcomplexnumber:″;input>>c.real>>c.imag;returninput;}intmain(){Complexc1,c2;cin>>c1>>c2;cout<<″c1=″<<c1<<endl;cout<<″c2=″<<c2<<endl;return0;}運行情況如下：inputrealpartandimaginarypartofcomplexnumber:36↙inputrealpartandimaginarypartofcomplexnumber:410↙c1=(3+6i)c2=(4+10i)以上運行結(jié)果無疑是正確的，但并不完善。在輸入復數(shù)的虛部為正值時，輸出的結(jié)果是沒有問題的，但是虛部如果是負數(shù)，就不理想，請觀察輸出結(jié)果。inputrealpartandimaginarypartofcomplexnumber:36↙inputrealpartandimaginarypartofcomplexnumber:4-10↙c1=(3+6i)c2=(4+-10i)根據(jù)先調(diào)試通過，最后完善的原那么，可對程序作必要的修改。將重載運算符“<<〞函數(shù)修改如下：ostream&operator<<(ostream&output,Complex&c){output<<″(″<<c.real;if(c.imag>=0)output<<″+″;//虛部為正數(shù)時，在虛部前加“+〞號output<<c.imag<<″i)″<<endl;//虛部為負數(shù)時，在虛部前不加“+〞號returnoutput;}這樣，運行時輸出的最后一行為c2=(4-10i)。通過本章前面幾節(jié)的討論，可以看到：在C++中，運算符重載是很重要的、很有實用意義的。它使類的設(shè)計更加豐富多彩，擴大了類的功能和使用范圍，使程序易于理解，易于對對象進行操作，它表達了為用戶著想、方便用戶使用的思想。有了運算符重載，在聲明了類之后，人們就可以像使用標準類型一樣來使用自己聲明的類。類的聲明往往是一勞永逸的，有了好的類，用戶在程序中就不必定義許多成員函數(shù)去完成某些運算和輸入輸出的功能，使主函數(shù)更加簡單易讀。好的運算符重載能表達面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想。在本章的例子中讀者應當注意到，在運算符重載中使用引用(reference)的重要性。利用引用作為函數(shù)的形參可以在調(diào)用函數(shù)的過程中不是用傳遞值的方式進行虛實結(jié)合，而是通過傳址方式使形參成為實參的別名，因此不生成臨時變量(實參的副本)，減少了時間和空間的開銷。此外，如果重載函數(shù)的返回值是對象的引用時，返回的不是常量，而是引用所代表的對象，它可以出現(xiàn)在賦值號的左側(cè)而成為左值(leftvalue)，可以被賦值或參與其他操作(如保存cout流的當前值以便能連續(xù)使用“<<〞輸出)。但使用引用時要特別小心，因為修改了引用就等于修改了它所代表的對象。在C++中，某些不同類型數(shù)據(jù)之間可以自動轉(zhuǎn)換，例如inti=6;i=7.5+i;編譯系統(tǒng)對7.5是作為double型數(shù)處理的，在求解表達式時，先將6轉(zhuǎn)換成double型，然后與7.5相加，得到和為13.5，在向整型變量i賦值時，將13.5轉(zhuǎn)換為整數(shù)13，然后賦給i。這種轉(zhuǎn)換是由C++編譯系統(tǒng)自動完成的，用戶不需干預。這種轉(zhuǎn)換稱為隱式類型轉(zhuǎn)換。10.8不同類型數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換

10.8.1標準類型數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換C++還提供顯式類型轉(zhuǎn)換，程序人員在程序中指定將一種指定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成另一指定的類型，其形式為類型名(數(shù)據(jù))如int(89.5)其作用是將89.5轉(zhuǎn)換為整型數(shù)89。對于用戶自己聲明的類型，編譯系統(tǒng)并不知道怎樣進行轉(zhuǎn)換。解決這個問題的關(guān)鍵是讓編譯系統(tǒng)知道怎樣去進行這些轉(zhuǎn)換，需要定義專門的函數(shù)來處理。轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)(conversionconstructorfunction)的作用是將一個其他類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個類的對象。先回憶一下以前學習過的幾種構(gòu)造函數(shù)：默認構(gòu)造函數(shù)。以Complex類為例，函數(shù)原型的形式為Complex();//沒有參數(shù)用于初始化的構(gòu)造函數(shù)。函數(shù)原型的形式為Complex(doubler,doublei);//形參表列中一般有兩個以上參數(shù)用于復制對象的復制構(gòu)造函數(shù)。函數(shù)原型的形式為10.8.2轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)Complex(Complex&c);//形參是本類對象的引用現(xiàn)在又要介紹一種新的構(gòu)造函數(shù)——轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)。轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)只有一個形參，如Complex(doubler){real=r;imag=0;}其作用是將double型的參數(shù)r轉(zhuǎn)換成Complex類的對象，將r作為復數(shù)的實部，虛部為0。用戶可以根據(jù)需要定義轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，在函數(shù)體中告訴編譯系統(tǒng)怎樣去進行轉(zhuǎn)換。在類體中，可以有轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，也可以沒有轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，視需要而定。以上幾種構(gòu)造函數(shù)可以同時出現(xiàn)在同一個類中，它們是構(gòu)造函數(shù)的重載。編譯系統(tǒng)會根據(jù)建立對象時給出的實參的個數(shù)與類型選擇形參與之匹配的構(gòu)造函數(shù)。使用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)將一個指定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為類對象的方法如下：〔1〕先聲明一個類?！?〕在這個類中定義一個只有一個參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，參數(shù)的類型是需要轉(zhuǎn)換的類型，在函數(shù)體中指定轉(zhuǎn)換的方法?！?〕在該類的作用域內(nèi)可以用以下形式進行類型轉(zhuǎn)換：類名(指定類型的數(shù)據(jù))就可以將指定類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為此類的對象。不僅可以將一個標準類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成類對象，也可以將另一個類的對象轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)所在的類對象。如可以將一個學生類對象轉(zhuǎn)換為教師類對象，可以在Teacher類中寫出下面的轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)：Teacher(Student&s){num=s.num;strcpy(name,);sex=s.sex;}但應注意：對象s中的num,name,sex必須是公用成員，否那么不能被類外引用。用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)可以將一個指定類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為類的對象。但是不能反過來將一個類的對象轉(zhuǎn)換為一個其他類型的數(shù)據(jù)(例如將一個Complex類對象轉(zhuǎn)換成double類型數(shù)據(jù))。C++提供類型轉(zhuǎn)換函數(shù)(typeconversionfunction)來解決這個問題。類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的作用是將一個類的對象轉(zhuǎn)換成另一類型的數(shù)據(jù)。如果已聲明了一個Complex類，可以在Complex類中這樣定義類型轉(zhuǎn)換函數(shù)：operatordouble(){returnreal;}類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的一般形式為10.8.3類型轉(zhuǎn)換函數(shù)operator類型名(){實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的語句}在函數(shù)名前面不能指定函數(shù)類型，函數(shù)沒有參數(shù)。其返回值的類型是由函數(shù)名中指定的類型名來確定的。類型轉(zhuǎn)換函數(shù)只能作為成員函數(shù)，因為轉(zhuǎn)換的主體是本類的對象。不能作為友元函數(shù)或普通函數(shù)。從函數(shù)形式可以看到，它與運算符重載函數(shù)相似，都是用關(guān)鍵字operator開頭，只是被重載的是類型名。double類型經(jīng)過重載后，除了原有的含義外，還獲得新的含義(將一個Complex類對象轉(zhuǎn)換為double類型數(shù)據(jù)，并指定了轉(zhuǎn)換方法)。這樣，編譯系統(tǒng)不僅能識別原有的double型數(shù)據(jù)，而且還會把Complex類對象作為double型數(shù)據(jù)處理。那么程序中的Complex類對具有雙重身份，既是Complex類對象，又可作為double類型數(shù)據(jù)。Complex類對象只有在需要時才進行轉(zhuǎn)換，要根據(jù)表達式的上下文來決定。轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)和類型轉(zhuǎn)換運算符有一個共同的功能：當需要的時候，編譯系統(tǒng)會自動調(diào)用這些函數(shù)，建立一個無名的臨時對象(或臨時變量)。例10.9使用類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的簡單例子。#include<iostream>usingnamespacestd;classComplex{public:Complex(){real=0;imag=0;}Complex(doubler,doublei){real=r;imag=i;}operatordouble(){returnreal;}//類型轉(zhuǎn)換函數(shù)private:doublereal;doubleimag;};intmain(){Complexc1(3,4),c2(5,-10),c3;doubled;d=2.5+c1;//要求將一個double數(shù)據(jù)與Complex類數(shù)據(jù)相加cout<<d<<endl;return0;}分析：(1)如果在Complex類中沒有定義類型轉(zhuǎn)換函數(shù)operatordouble，程序編譯將出錯。(2)如果在main函數(shù)中加一個語句：c3=c2；由于賦值號兩側(cè)都是同一類的數(shù)據(jù)，是可以合法進行賦值的，沒有必要把c2轉(zhuǎn)換為double型數(shù)據(jù)。(3)如果在Complex類中聲明了重載運算符“+〞函數(shù)作為友元函數(shù)：Complexoperator+(Complexc1,Complexc2)//定義運算符“+〞重載函數(shù){returnComplex(c1.real+c2.real,c1.imag+c2.imag);}假設(shè)在m