C++ 검토 핵심 사항 7번 요약 - 연산자 오버로딩

연산자 오버로딩
소위 오버로딩이라는 것은 새로운 의미를 부여하는 것입니다. 함수 오버로딩은 기존 함수에 새로운 의미를 부여하여 새로운 기능을 구현하는 것입니다. 따라서 하나의 함수 이름을 사용하여 다른 기능을 갖는 함수를 나타낼 수 있습니다. 즉, "하나의 이름은 여러 가지 용도를 갖습니다."

연산자도 오버로드될 수 있습니다. 사실 우리는 깨닫지도 못한 채 이미 연산자 오버로딩을 사용하고 있습니다. 예를 들어, 모든 사람은 덧셈 연산자 "+"를 사용하여 정수, 단정밀도 숫자, 5+8, 5.8 +3.67 등과 같은 배정밀도 숫자를 더하는 데 익숙합니다. 실제로 컴퓨터는 정수, 단정밀도 숫자를 더할 수 있습니다. -정밀도 숫자와 배정밀도 숫자 덧셈 연산 과정은 매우 다르지만 C++에서는 "+" 연산자가 오버로드되었으므로 int, float 및 doUble 유형의 연산에 적용할 수 있습니다.

C++에서 미리 정의된 연산자의 피연산자는 기본 데이터 유형만 될 수 있습니다. 그러나 실제로는 많은 사용자 정의 유형(예: 클래스)에도 유사한 작업이 필요합니다. 이때 이러한 연산자를 C++에서 재정의하고, 특정 유형에 사용되어 특정 연산을 수행할 수 있도록 기존 연산자에 새로운 기능을 부여해야 합니다. 연산자 오버로딩의 본질은 함수 오버로딩인데, 이는 C++의 확장성을 제공하며 C++의 가장 매력적인 기능 중 하나입니다.

연산자 오버로드는 오버로드된 연산자가 수행할 작업을 정의하는 연산자 함수를 생성하여 달성됩니다. 연산자 함수의 정의는 다른 함수의 정의와 유사합니다. 유일한 차이점은 연산자 함수의 함수 이름이 키워드 연산자와 오버로드될 연산자 기호로 구성된다는 것입니다. 연산자 함수 정의의 일반적인 형식은 다음과 같습니다.

연산자 ()

{
     <函数体>
}

연산자가 오버로드된 경우 사용됩니다. 다음 규칙을 따르십시오.

(1) 일반 관계 연산자 ".", 멤버 포인터 연산자 ".*", 범위 연산자 "::", 크기 연산자 및 삼항 연산자 제외 ?:" 제외 , C++의 모든 연산자는 오버로드될 수 있습니다.

(2) 오버로드된 연산자는 C++ 언어의 기존 연산자 범위 내에서 오버로드를 허용하는 연산자로 제한되며, 새로운 연산자를 생성할 수 없습니다.

(3) 연산자 오버로딩은 본질적으로 함수 오버로딩이므로 컴파일러의 연산자 오버로딩 선택은 함수 오버로딩의 선택 원칙을 따릅니다.

(4) 오버로드된 연산자는 연산자의 우선순위와 결합성을 변경할 수 없으며 연산자 피연산자 수와 구문 구조도 변경할 수 없습니다.

(5) 연산자 오버로딩은 내부 유형 객체에 대한 연산자의 의미를 변경할 수 없습니다. 사용자 정의 유형의 객체와 함께 사용하거나, 사용자 정의 유형의 객체와 내부 유형의 객체가 혼합된 경우에만 사용할 수 있습니다.

(6) 연산자 오버로드는 새로운 유형의 데이터에 대한 실제 요구 사항을 기반으로 원래 연산자를 적절하게 변환하는 것입니다. 오버로드된 함수는 목적 기호 없이 오버로드된 연산을 사용하지 않도록 원래 함수와 유사해야 합니다.

연산자 함수 오버로드에는 일반적으로 클래스의 멤버 함수로 오버로드하는 것과 클래스의 비멤버 함수로 오버로딩하는 두 가지 형태가 있습니다. 비회원 기능은 일반적으로 친구입니다. (연산자는 비멤버, 비프렌드 함수로 오버로드될 수 있습니다. 그러나 이러한 연산자 함수가 클래스의 private 및 protected 멤버에 액세스할 때는 공용 인터페이스에서 제공되는 데이터 설정 및 데이터 읽기 방법을 사용해야 합니다. 클래스의 경우 이러한 함수를 호출하면 성능이 저하됩니다. 이러한 함수는 성능 향상을 위해 인라인될 수 있습니다.

멤버 함수 연산자

연산자의 일반 형식은 멤버 함수로 오버로드됩니다. 클래스의:

  <函数类型> operator <运算符>(<参数表>)
    {
     <函数体>
    }

연산자가 클래스의 멤버 함수로 오버로드되면 함수의 매개변수 개수는 원래 피연산자보다 하나 적습니다(후위 제외). 고정 단항 연산자) 이는 멤버 함수가 this 포인터를 암시적으로 클래스의 개체에 액세스하고 연산자 함수의 가장 왼쪽 피연산자로 사용하기 때문입니다. 따라서:

(1) 이항 연산자가 클래스의 멤버 함수로 오버로드되면 함수는 연산자의 오른쪽 피연산자인 하나의 매개 변수만 명시적으로 지정합니다.

(2) 접두사가 붙은 단항 연산자가 클래스의 멤버 함수로 오버로드되는 경우 매개변수를 명시적으로 기술할 필요가 없습니다. 즉, 함수에는 형식 매개변수가 없습니다.

(3) 후위 단항 연산자가 클래스의 멤버 함수로 오버로드되는 경우 함수에는 정수 형식 매개변수가 있어야 합니다.

멤버 함수 연산자를 호출하는 형식은 다음과 같습니다.

    <对象名>.operator <运算符>(<参数>)

    <对象名><运算符><参数>

와 동일합니다. 예: a+b a.operator +(b)와 동일합니다. 일반적으로 우리는 연산자의 관용적 표현을 사용합니다.

Friend 함수 연산자

클래스의 friend 함수로 연산자 오버로딩의 일반적인 형식은 다음과 같습니다.

    friend <函数类型> operator <运算符>(<参数表>)
    {
     <函数体>
    }

연산자가 클래스가 friend 함수인 경우 암시적 this 포인터가 없으므로 피연산자의 수는 변경되지 않습니다. 모든 피연산자는 함수의 형식 매개변수를 통해 전달되어야 합니다. 함수의 매개변수와 피연산자는 왼쪽부터 전달됩니다. 오른쪽에 해당합니다.

친구 함수 연산자를 호출하는 형식은 다음과 같습니다.

  operator <运算符>(<参数1>,<参数2>)

    <参数1><运算符><参数2>

와 동일합니다. 예: a+ b는 연산자 +(a,b)와 동일합니다.

두 가지 오버로드 형태 비교

　　在多数情况下，将运算符重载为类的成员函数和类的友元函数都是可以的。但成员函数运算符与友元函数运算符也具有各自的一些特点：

(1) 一般情况下，单目运算符最好重载为类的成员函数；双目运算符则最好重载为类的友元函数。

(2) 以下一些双目运算符不能重载为类的友元函数：=、()、[]、->。

(3) 类型转换函数只能定义为一个类的成员函数而不能定义为类的友元函数。

(4) 若一个运算符的操作需要修改对象的状态，选择重载为成员函数较好。

(5) 若运算符所需的操作数（尤其是第一个操作数）希望有隐式类型转换，则只能选用友元函数。

(6) 当运算符函数是一个成员函数时，最左边的操作数（或者只有最左边的操作数）必须是运算符类的一　个类对象（或者是对该类对象的引用）。如果左边的操作数必须是一个不同类的对象，或者是一个内部　类型的对象，该运算符函数必须作为一个友元函数来实现。

(7) 当需要重载运算符具有可交换性时，选择重载为友元函数。

1 为什么会用运算符重载机制（回忆函数重载）

用复数类举例 //Complex c3 =c1 + c2;

//原因 Complex是用户自定义类型，编译器根本不知道如何进行加减

//编译器给提供了一种机制，让用户自己去完成，自定义类型的加减操作。。。。。

//这个机制就是运算符重载机制

2 运算符重载的本质是一个函数

例如1:

//通过类成员函数完成 - 操作符重载（函数的定义在类里面）
//函数声明 Complex operator-(Complex &c2)
//用类成员函数实现-运算符重载
Complex c4 = c1 - c2; 
c4.printCom(); //打印输出
//c1.operator-(c2);

例如2:

//通过全局函数方法完成+操作符重载（函数的定义在类外）
//函数声明 Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2)
//函数调用分析
int main()
{ Complex c1(1, 2), c2(3, 4);//定义两个对象
//Complex c31 = operator+(c1,c2); 函数的调用模式
Complex c3 = c1 + c2; //简写+
c3.printCom();
}

感受操作过程：

例如3：

//前置++操作符 用全局函数实现
Complex& operator++(Complex&c1) 
{ c1.a ++; 
c1.b ++;
return c1; 
}
//调用方法
++c1 ; //=è需要写出操作符重载函数原形
c1.printCom();
//运算符重载函数名定义
//首先承认操作符重载是一个函数 定义函数名--->operator++
//分析函数参数 根据左右操作数的个数------->operator++(Complex &c1)
//分析函数返回值-------> Complex&operator++(Complex &c1) 返回它自身

例如4

//4.1 前置—操作符成员函数实现
Complex& operator--()
{ this->a--;
this->b--;
return *this; //注意返回
}
//4.2 调用方法
--c1;
c1.printCom();
//4.3前置—运算符重载函数名定义
//c1.operator--()

例如5：

//5.1//后置++ 操作符用全局函数实现
Complex operator++(Complex &c1, int) 
{ Complex tmp = c1;
c1.a++;
c1.b++;
return tmp;
}
//5.2 调用方法
c1 ++ ; //先使用后++
//5.3 后置++运算符重载函数名定义
Complex operator++(Complex&c1, int) //函数占位参数 和 前置++ 相区别

例如6：

//6.1 后置— 操作符 用类成员函数实现
Complexoperator--(int) 
{ Complextmp = *this;
this->a--;
this->b--;
return tmp;
}
//6.2 调用方法
c1 ++ ; //先使用后++
//6.3 后置--运算符重载函数名定义
Complex operator--(int) //函数占位参数和 前置-- 相区别

前置和后置运算符总结

C++中通过一个占位参数来区分前置运算和后置运算

定义运算符重载函数名的步骤

全局函数、类成员函数方法实现运算符重载步骤

1）要承认操作符重载是一个函数，写出函数名称operator+ ()

2）根据操作数，写出函数参数

3）根据业务，完善函数返回值(看函数是返回引用 还是指针 元素)，及实现函数业务

友元函数实现操作符重载的应用场景

1）友元函数和成员函数选择方法 
Ø 当无法修改左操作数的类时，使用全局函数进行重载
Ø =, [], ()和->操作符只能通过成员函数进行重载
2）用友元函数重载 << >>操作符
Ø istream 和 ostream 是 C++ 的预定义流类 
Ø cin 是 istream 的对象，cout 是 ostream 的对象
Ø 运算符 << 由ostream 重载为插入操作，用于输出基本类型数据
Ø 运算符 >> 由 istream 重载为提取操作，用于输入基本类型数据
Ø 用友员函数重载 << 和 >> ，输出和输入用户自定义的数据类型
a）用全局函数方法实现 << 操作符 
ostream& operator<<(ostream &out, Complex &c1)
{ //out<<"12345，生活真是苦"<<endl;
out<<c1.a<<"+ "<<c1.b<<"i "<<endl;
return out;
}
//调用方法
cout<<c1;
//链式编程支持
cout<<c1<<"abcc";
//cout.operator<<(c1).operator<<("abcd");
//函数返回值充当左值 需要返回一个引用
b）类成员函数方法无法实现 <<操作符重载
//因拿到cout这个类的源码
//cout.operator<<(c1);
3） 友元函数重载操作符使用注意点
a） 友员函数重载运算符常用于运算符的左右操作数类型不同的情况
b）其他
Ø 在第一个参数需要隐式转换的情形下，使用友员函数重载运算符是正确的选择
Ø 友员函数没有 this 指针，所需操作数都必须在参数表显式声明，很容易实现类型的隐式转换
Ø C++中不能用友员函数重载的运算符有
= （） ［］ －>

请问：为什么运算法重载成员函数只有一个参数，而友元函数有两个？

由于成员函数有指向对象的this指针，可以通过对象传递参数；而友元函数没有this指针，所以必须要两个参数。（针对二元操作符重载而言）

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