第14章 运算符重载

第14章 在对象中使用运算符——运算符重载

在数学运算中有+、-、*、/等运算符，那么在 C++中，对象之间可不可以使用这些运算符呢？当然可以，在对象中使用运算符称为运算符重载，这样做可以使程序更加简单易懂，思路更加清晰，可读性、可维护性和可移植性等性能更好。

C++在运算符重载方面的高超技艺是很精彩的，请慢慢欣赏吧。

14.1 计算全班所有科目的总平均分的例题详解

【例 14-1】假设已知全班各个单科的平均分，请计算全班所有科目的总平均分，要求在编程中使用运算符重载。

1. 用心分析人想通，机随人行写提纲

对于此题，人的做法是：将全班各个单科的平均分相加，然后除以科目数，就可以得到全班所有科目的总平均分了。

2. 对号入座写文章，头脑运行改文章

按提纲和运算符重载的知识可知，该题的运算有两个：一个是加法，另一个是除法。暂且设该题只对加法进行运算符重载，则要设计一个全班各个单科的平均分的类，然后，在主程序中有多少科目就声明多少个这种类对象，对若干个对象使用运算符重载相加，再求平均分并打印输出结果。

在类的设计中，应配备符合上述要求的成员函数和数据成员，需要的数据成员有：全班各个单科的平均分 ave 和全班的所有科目数 s，假设科目数 s 为 2。另外，将此题的构造函数设计成带参数的。

程序代码如下：

//ex14-1-1.cpp
#include<iostream>
using namespace std;

class Ave//声明全班各个单科的平均分类

protected:

double ave;//全班各个单科的平均分

int s;//科目数

public:

    Ave(double ave1,int s1);//声明类 Ave 的带参数的构造函数
    Ave avevalue(Ave b);//声明求平均分成员函数
    Ave operator+(Ave &a);//声明运算符重载“+”成员函数，用不用引用均可

void display(Ave c);//声明打印输出成员函数

Ave::Ave(double ave1,int s1)//定义带参数的构造函数

{
    ave=ave1;//用形参初始化平均分和科目数
    s=s1;
}

Ave Ave::operator+(Ave &a)//定义运算符重载“+”作为成员函数

{
    Ave a1(0,2);//为返回运算结果，声明一个 Ave 的对象 a1,
        //对于此题：形参的 0 可为任意值，2 却是一定的，
        //用此段或用下面的/* */注释段代替均正确
        al.ave=ave+a.ave; //①某个对象的平均分+另一个对象的平均分
        return a1; //②返回对象 a1
        /*a.ave=ave+a.ave;//①某个对象的平均分+另一个对象的平均分
        return a;//②返回对象 a*/
}

Ave Ave :: avevalue(Ave b)//定义计算全班所有科目总平均分的成员函数，

        //形参是求得全班各个单科平均分的合计分的对象 b
    {
        b.ave=b.ave/b.s;//所有平均分的合计分/科目数=总平均分
        return b;
    }

    void Ave::display(Ave c)//定义打印输出成员函数
    {
        cout<<c.ave<<endl;
    }

    void main()
    {
        Ave e1(80.6,2);//定义 3 个 Ave 类型的对象，并初始化，
            //第 1 个形参是全班某科的平均分，第 2 个形参是科目数
        Ave e2(87.9,2.0);
        Ave e3(0,2.0);
        e3=e1+e2;//两个对象相加，即全班所有单科的平均分相加为合计分
        e3=e3.avevalue(e3);//调求总平均分成员函数
        e3.display(e3);
    }
}

3. C++帮助且裁判，人定胜机凯歌扬

调试程序并修改，上机实验记录如表14-1所示。

运行结果：

84.25

结果正确。

14.2 勤奋实践，总结评分

14.2.1 习题

1. 编写两个一维数组对应元素相加的程序，运用运算符重载“+”来编写。

1. 编写一个检查数组下标越界的程序。

1. 运用运算符重载“+”来编写角度类的对象相加。

1. 编写对类的对象进行自加和自减的程序。

1. 运用运算符重载“-”来编写两个复数的减法程序。

6．计算全校各班高考所有科目的总分和总平均分，并输出显示获得冠军、亚军和季军的班级的名称、总分和总平均分，请用运算符重载实现。

1. 计算某工厂合格品的月总产量，请运用运算符重载编程计算并显示。

1. 计算某工厂全部产品的月合格率，请运用运算符重载编程计算并显示。

9．某顾客在商场购买了几种商品，请用运算符重载编程计算并显示出该顾客应付的总金额。

10．在某次运动大赛上，要统计出分别获得金、银、铜牌最多的省队，并输出显示这些状况，请用运算符重载实现这些操作。

14.2.2 思考题

1. 设计两个直角坐标类对象之间的加法和减法运算的程序。

2．请用运算符重载计算全班成绩中优秀、良好、中等、合格和不合格各档次所占的百分比，并公布出来，以促进全班同学更加努力地学习。

14.2.3 总结评分，继续提高

浏览、体验了例题、习题和思考题之后，说说自己的体会和收获，并认真总结，按表 14-2 给自己评判一下可以得多少分。

不论得分多少，大家都要总结经验，扬长避短，勤奋努力，不断提高。

最后浏览一下本章的第4节，可以先考考自己，然后再浏览，以便使重点知识掌握得更牢固。

14.3 运算符重载知识

前面大致了解了 C++ 通过运算符重载，使对象之间的运算变得简单明了，使其真正接近于日常生活中的数学运算，那么什么时候用运算符重载，又怎样运用它呢？下面就来细细浏览吧。

14.3.1 在什么情况下用到运算符重载

当在对象之间进行+、-、*、/等运算时，就可以用运算符重载。

14.3.2 关于运算符重载

1. 运算符重载的含义是什么

对象之间使用+、-、*、/等运算符号进行运算，就是运算符重载。

所谓重载即重新定义，重新加载，所以运算符重载就是重新定义 C++ 中原有的大部分运算符。

2. 运算符重载的应用范围

从以下两方面对运算符重载的应用范围予以说明。

1）参与运算符重载的数据是类，但是，类不能直接参与任何操作，而只能由用这些类定义的对象来参与操作，也就是说，对象之间才可以应用运算符重载来进行运算。以前讲的所有数据类型，除了类之外，其余都不能单独（即没有类的对象参数加入重载）参与运算符重载，如int、double、指针、数组等数据类型均不能单独参与运算符重载。

2）可以重载哪些运算符？表 3-7 中的 C++运算符，除了成员访问运算符“..”、类的作用域区分符“::”、成员指针访问运算符“.*”、条件运算符“?：”和长度运算符 sizeof 外，其余的运算符均可以用于运算符重载。

3. 怎样声明运算符重载

声明和定义运算符重载就是声明和定义函数——运算符重载函数。

运算符重载的声明格式为：

函数返回的数据类型 operator 要重载的运算符([形参数据类型 1 形参 1,...,形参数据类型 n 形参 n]); 而函数的声明格式为:

函数返回的数据类型 函数名([形参数据类型 1 形参 1,...,形参数据类型 n 形参 n]);

比较二者，运算符重载声明与函数声明的写法基本一样，只是用 “operator 要重载的运算符” 代替了 “函数名”。

4. 怎样定义运算符重载

定义运算符重载的方法是写一个函数，将重新定义的运算写在函数中，既然是函数，那么写法基本还像以前一样，即运算符重载的定义格式为：

函数返回的数据类型 operator 要重载的运算符([形参数据类型 1 形参 1,...,形参数据类型 n 形参 n])

{
    对运算符重新定义的运算
}

其中，“对运算符重新定义的运算”的具体内容包括以下两部分。

1）进行具体操作的表达式。即把原来写在程序中做这类运算的功能语句搬到此处，但参与运算的参数均是对象，或最起码有一个以上的对象再加上普通变量、常量，如例 14-1 中的句 $ ^{①} $。

2）返回运算结果的语句，因为运算完后，必须有结果，所以，必须要有此类返回语句，如例 14-1 中的句②。

返回值（运算结果）的数据类型不一定是对象，也不一定与参与运算的形参的类型相同（例 14-1 就是相同的，而例 14-2 就不相同，如 double Ave::operator/(Ave f)，形参的数据类型是类 Ave，返回值则是双精度数据类型）。

以上两部分进行了运算符重载的具体运算操作，并返回了运算结果，这样就将运算符重载定义好了，以后就可以像写数学公式一样使用了。

5. 怎样使用运算符重载

使用运算符重载时首先要定义，然后才能使用。在使用时，就像日常生活中使用数学运算符一样，把对象看成数据，然后把运算写成数学公式的形式就可以了，即

存放重载运算结果的对象=某对象1 运算符 某对象2 运算符 … 某对象n;

运算符重载不能改变运算符的优先级别和结合性，也不能改变运算符操作数的个数。

【例 14-2】将例 14-1 的求平均分的成员函数用运算符重载“/”这个成员函数代替，并且该函数的返回值的数据类型与形参对象的数据类型不同，请编写程序实现。

//ex14-2-1.cpp
#include<iostream>
using namespace std;

class Ave
{
    protected:
        double ave;
        int s;

    public:
        Ave(double ave1, int s1);
        Ave operator+(Ave a);
        double operator/(Ave f);
        void display(double ave2);
};

Ave::Ave(double ave1, int s1)

{
    ave=ave1;
    s=s1;
}

Ave Ave::operator+(Ave a)

{
    Ave a1(0,2);
    a1.ave=ave+a.ave;//某个对象的平均分+另一个对象的平均分
    return a1;
}

double Ave ::operator(Ave f)//运算符重载//作为一个成员函数
//且返回值与形参的数据类型不一致
{
    ave=ave/f.s;
    return ave;
}

void Ave ::display(double ave2)
{
    cout<<ave2<<endl;
}

void main()
{
    double ave1;
    Ave e1(80.6,2);
    Ave e2(87.9,2);
    Ave e4(0,2);
    Ave e3=e1+e2;
    ave1=e3/e4;
    e4.display(ave1);
}

调试记录如下。

运行程序，出现如下错误提示：

error C2511: 'display': overloaded member function 'void (double)' not found in 'Ave'

E:\C++\hc++\C++BOOK\十四章\ex14-2-1.cpp(5): see declaration of 'Ave'

E:\C++\hc++\C++BOOK\十四章\ex14-2-1.cpp(51): error C2664: 'display': cannot convert parameter 1

from 'double' to 'class Ave'

No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

执行 cl.exe 时出错.

因为“void display(Ave c);”，改为“void display(double ave2);”。

再运行程序，又出现如下错误提示：

error LNK2001: unresolved external symbol "public: void _thiscall Ave::display(double)" (?display@Ave@@QAEXN@Z)

Debug/ex14-2-1.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals

因为 “void display(double ave2)”， 改为 “void Ave ::display(double ave2)”， 此错纠正。

运行结果：

结果正确。

14.3.3 如何运用运算符重载

掌握在什么情况下用运算符重载，并对运算符重载的知识加以运用。

【例 14-3】将例 14-1 的求平均分的成员函数用运算符重载 “/” 这个成员函数代替，并且该函数的返回值的数据类型与形参对象的数据类型相同，请编写程序实现。

程序代码如下：

//ex14-3-1.cpp
#include<iostream>
using namespace std;

class Ave
{
    protected:
        double ave;
        int s;

    public:
        Ave(double ave1,int s1);
        Ave operator+(Ave a);
        Ave operator/(Ave f);
        void display(Ave c);
    };

    Ave::Ave(double ave1,int s1)
    {
        ave=ave1;
        s=s1;
    }

    Ave Ave::operator+(Ave a)
    {
        Ave a1(0,2);
        al.ave=ave+a.ave;//某个对象的平均分+另一个对象的平均分 return a1;
    }

    Ave Ave::operator/(Ave f)//运算符重载“/”作为一个成员函数
    {
        f.ave=ave/f.s;
        return f;
    }

    void Ave::display(Ave c)

{
    cout<<c.ave<<endl;
}

void main()
{
    Ave e1(80.6,2);
    Ave e2(87.9,2);
    Ave e4(0,2);
    Ave e3=e1+e2;
    e4=e3/e4;
    e4.display(e4);
}

运行结果：

84.25

结果正确。

14.4 运算符重载的亮点

1. 在什么情况下用运算符重载的亮点

当在对象之间进行+、-、*、/等运算时，就可以用运算符重载。

2. 运算符重载具体知识的亮点

1）对象之间使用+、-、*、/等运算符号进行运算，就是运算符重载。

2）参与运算符重载的数据是类，但是，类不能直接参与任何操作，而只能由用这些类定义的对象来参与操作，也就是说，对象之间才可以应用运算符重载来进行运算，以前讲的所有数据类型，除了类之外，其余都不能单独（即没有类的对象参数加入重载）参与运算符重载。

3）声明和定义运算符重载就是声明和定义函数——运算符重载函数。

运算符重载的声明格式为：

函数返回结果的数据类型 operator 要重载的运算符([形参数据类型 1 形参 1,...,形参数据类型 n 形参 n]);

运算符重载声明与函数声明写法基本一样，只是用“operator 要重载的运算符”代替了“函数名”。

4）定义运算符重载的方法是写一个函数，将重新定义的运算写在函数中。

3. 运用运算符重载的亮点

1）掌握在什么情况下用运算符重载。

2）使用运算符重载时首先要定义，然后才能使用。在使用时，就像日常生活中使用数学运算符一样，把对象看成数据，然后把运算写成数学公式的形式就可以了，即

存放重载运算结果的对象=某对象1 运算符 某对象2 运算符 … 某对象n;

3）运算符重载不能改变运算符的优先级别和结合性，也不能改变运算符操作数的个数。