重载运算符
重载运算符是通过对运算符的重新定义,使得其支持特定数据类型的运算操作。重载运算符是重载函数的特殊情况。
C++ 自带的运算符,最初只定义了一些基本类型的运算规则。当我们要在用户自定义的数据类型上使用这些运算符时,就需要定义运算符在这些特定类型上的运算方式。
限制
重载运算符存在如下限制:
- 只能对现有的运算符进行重载,不能自行定义新的运算符。
- 以下运算符不能被重载:
::
(作用域解析),.
(成员访问),.*
(通过成员指针的成员访问),?:
(三目运算符)。 - 重载后的运算符,其运算优先级,运算操作数,结合方向不得改变。
- 对
&&
(逻辑与)和||
(逻辑或)的重载失去短路求值。
实现
重载运算符分为两种情况,重载为成员函数或非成员函数。
当重载为成员函数时,因为隐含一个指向当前成员的 this
指针作为参数,此时函数的参数个数与运算操作数相比少一个。
而当重载为非成员函数时,函数的参数个数与运算操作数相同。
下面将给出几个重载运算符的示例。
函数调用运算符
函数调用运算符 ()
只能重载为成员函数。通过对一个类重载 ()
运算符,可以使该类的对象能像函数一样调用。
重载 ()
运算符的一个常见应用是,将重载了 ()
运算符的结构体作为自定义比较函数传入优先队列等 STL 容器中。
下面就是一个例子:给出
#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
struct student {
string name;
int score;
};
struct cmp {
bool operator()(const student& a, const student& b) const {
return a.score < b.score || (a.score == b.score && a.name > b.name);
}
};
priority_queue<student, vector<student>, cmp> pq;
int main() {
int n;
cin >> n;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
string name;
int score;
cin >> name >> score;
pq.push({name, score});
}
student rk1 = pq.top();
cout << rk1.name << ' ' << rk1.score << endl;
return 0;
}
自增自减运算符
自增自减运算符分为两类,前置和后置。为了能将两类运算符区别开来,对于后置自增自减运算符,重载的时候需要添加一个类型为 int
的空置形参。
另外一点是,内置的自增自减运算符中,前置的运算符返回的是引用,而后置的运算符返回的是值。虽然重载后的运算符不必遵循这一限制,不过在语义上,仍然期望重载的运算符与内置的运算符在返回值的类型上保持一致。
因此,对于类型 T,典型的重载自增运算符的定义如下:
重载定义(以 ++ 为例) | 成员函数 | 非成员函数 |
---|---|---|
前置 | T& T::operator++(); | T& operator++(T& a); |
后置 | T T::operator++(int); | T operator++(T& a, int); |
比较运算符
在 std::sort
和一些 STL 容器中,需要用到 <
运算符。在使用自定义类型时,我们需要手动重载。
还是以讲函数调用运算符时举的例子说起,如果我们重载比较运算符,实现代码是这样的(主函数因为没有改动就略去了):
struct student {
string name;
int score;
bool operator<(const student& a) const {
return score < a.score || (score == a.score && name > a.name);
// 上面省略了 this 指针,完整表达式如下:
// this->score<a.score||(this->score==a.score&&this->name>a.name);
}
};
priority_queue<student> pq;
上面的代码将小于号重载为了成员函数,当然重载为非成员函数也是可以的。
struct student {
string name;
int score;
};
bool operator<(const student& a, const student& b) {
return a.score < b.score || (a.score == b.score && a.name > b.name);
}
priority_queue<student> pq;
事实上,只要有了 <
运算符,则其他五个比较运算符的重载也可以很容易实现。
/* clang-format off */
// 下面的几种实现均将小于号重载为非成员函数
bool operator<(const T& lhs, const T& rhs) { /* 这里重载小于运算符 */ }
bool operator>(const T& lhs, const T& rhs) { return rhs < lhs; }
bool operator<=(const T& lhs, const T& rhs) { return !(lhs > rhs); }
bool operator>=(const T& lhs, const T& rhs) { return !(lhs < rhs); }
bool operator==(const T& lhs, const T& rhs) { return !(lhs < rhs) && !(lhs > rhs); }
bool operator!=(const T& lhs, const T& rhs) { return !(lhs == rhs); }
参考资料与注释:
贡献者:@Shuzhou@Ir1dXD@mgt@Shuhao
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