运算符重载

Overloading

运算符重载是一种使用符号进行简写的方法。x + y * z 比起 multiply y by z and add the result to x 更加清晰。

对于我们自定义的类型，比如一个有理数类，我们可以用成员函数来表示加减乘除等运算。但如果能直接使用加减乘除等符号，会更加合适。

再比如，如果我们自定义了一个新的动态数组类型，直接使用数组下标[]也会很方便。

如果我们想对我们自定义的类型使用C++的标准输入输出cin和cout来输入输出，就需要重载对应的<< >>操作符。

下面给出一个例子，定义了一个复数类，为复数类之间的相加重载了加法运算符。

class complex { // very simplified complex
    double re, im;
public:
    complex(double r, double i) :re{r}, im{i} { }
    complex operator+(complex);//以成员函数的形式声明运算符: complex + complex
    //第一个complex表示的是+运算符的返回类型为complex, operator+ 可以理解为“函数名”, (complex)是参数列表
    complex operator*(complex);//以成员函数的形式声明运算符: complex * complex
};
complex complex::operator+(complex operand2){
    return complex(re + operand2.re, im+operand2.im);
}
complex complex::operator*(complex operand2){
    return complex(re * operand2.re - im*operand2.im, re * operand2.im - im*operand2.re);
}
int main()
{
    complex a = complex{1,3.1};
    complex b {1.2, 2};
    complex c {b};
    a = b+c; //b+c相当于进行了这样的函数调用: b.operator+(c)
    b = b+c*a;//相当于b = b.operator+(c.operator*(a))
    c = a*b+complex(1,2);
    return 0;
}

如果对运算符重载感兴趣，建议阅读the C++ Programming Language的第18章 Overloading和第19章Special Operators

练习1: 通过运算符重载, 为complex类型实现和double类型之间的加法、乘法重载;

练习2: 通过运算符重载, 实现用cin, cout来输入和输出为3+4i格式的复数

练习3：通过运算符重载，实现+=, *=运算符

练习4:(来自TC++PL的练习题) 你可以把自己“混淆”之后的程序发到我们的微信群里让大家看看。

[7] (∗2) Write a program that has been rendered unreadable through use of operator overloading
and macros. An idea: Define + to mean − and vice versa for INTs. Then, use a macro to
define int to mean INT. Redefine popular functions using reference type arguments. Writing
a few misleading comments can also create great confusion.
[8] (∗3) Swap the result of §X.19[7] with a friend. Without running it, figure out what your
friend’s program does. When you have completed this exercise, you’ll know what to avoid.

函数对象

如果重载了函数调用运算符，就可以将对象当作函数进行调用，同时也能当作变量进行赋值、传参。主要替代了C语言当中函数指针的作用。

例如，标准库的std::sort(), 就可以接受一个函数指针/函数对象作为参数, 用来确定如何比较两个数的大小。

也可以看下面这段程序：

#include <cstdio>
struct Adder{
        int operator () (int a, int b){
                return a+b;
        }
};
int main(){
        printf("%d\n",Adder()(1,2));
};

Adder()构造了一个新的Adder类型的结构体，随后调用了它重载的括号运算符/函数调用运算符, 传入 a=1, b=2, 获得了相加的结果。

另外，较新的C++标准中还加入了 lambda表达式的语法特性，也可以起到类似"函数对象"的作用，感兴趣可以了解一下。