C++运算符重载实现(加号、左移、递增、赋值、关系运算符、函数调用)

先来复习一下C++的内存分区问题~

C++内存分区

C++程序的内存分区可划分为四大内存分区：堆、栈、全局/静态存储区和代码区。 不同类型的变量存放的区域不同。

在程序被编译为exe可执行文件后，未运行之前，分为两个区域：代码区和全局区。

代码区

存放程序体的二进制代码。比如我们写的函数，都是在代码区的。

int a = 0;//静态全局变量区
char *p1; //编译器默认初始化为NULL
void main(){    
        int b; //栈    
        char s[] = "abc";//栈    
        char *p2 = "123456";//123456在字符串常量区，p2在栈上    
        static int c =0; //c在静态变量区，0为文字常量，在代码区    
        const int d=0; //栈    
        static const int d;//静态常量区    
        p1 = (char *)malloc(10);//分配得来得10字节在堆区。    
        strcpy(p1, "123456"); //123456放在字符串常量区，编译器可能会将它与p2所指向的"123456"优化成一个地方
        }

以上所有代码，编译成二进制后存放于代码区，文字常量存放于代码区，是不可寻址的。

全局区

全局区存储全局变量，静态变量，还包括了常量区，字符串常量和其他常量（const修饰的全局变量）也存放在全局区。
全局区的数据在程序结束后由操作系统释放。

程序运行之后

栈区

由编译器自动释放，存放函数的参数值，局部变量等。
整个程序的栈区的大小可以在编译器中由用户自行设定。

注意：不要返回局部变量地址。

堆区

由编程人员手动申请，手动释放，若不手动释放，程序结束后由系统回收，生命周期是整个程序运行期间。
使用new进行堆的申请，堆的总大小为机器的虚拟内存的大小。new返回的是该数据类型的指针。

int * p = new int(10);

使用delete进行释放。

重载方式有两种：

1.重载的函数作为成员函数。
2.重载的函数作为全局函数
函数名是规定的：operator+

加号运算符（“+”）重载

对于内置的数据类型，编译器知道如何进行运算。
两个自定义的数据类型，进行相加，就需要进行加号运算符重载。

成员函数实现加号重载：

class Person{
public:
    Person operator+(Person &p){
        Person tmp;
        tmp.a = this->a + p.a;
        tmp.b = this->b + p.b;
        return tmp;
    }
    int a;
    int b;
};

int main(){
    Person A;
    A.a = 10;
    A.b = 20;
    
    Person B;
    B.a = 1;
    B.b = 3;
    
    Person C;
    C = A + B;
    cout << C.a << "  " << C.b << endl;
}

运行结果：


image.png

全局函数实现加号重载：

class Person{
public:
    int a;
    int b;
};

Person operator+(Person &p1,Person &p2){    //需要传入两个参数
    Person tmp;
    tmp.a = p1.a + p2.a;
    tmp.b = p1.b + p2.b;
    return tmp;
}

int main(){
    Person A;
    A.a = 10;
    A.b = 20;

    Person B;
    B.a = 1;
    B.b = 3;

    Person C;
    C = A + B;
    cout << C.a << "  " << C.b << endl;
}

运行结果：


image.png

运算符重载也可以发生函数重载

class Person{
public:
    int a;
    int b;
};

Person operator+(Person &p1,Person &p2){
    Person tmp;
    tmp.a = p1.a + p2.a;
    tmp.b = p1.b + p2.b;
    return tmp;
}

Person operator+(Person &p1,int n){  //函数重载
    Person tmp;
    tmp.a = p1.a + n;
    tmp.b = p1.b + n;
    return tmp;
}

int main(){
    Person A;
    A.a = 10;
    A.b = 20;

    Person B;
    B.a = 1;
    B.b = 3;

    Person C;
    C = A + B;
    cout << C.a << "  " << C.b << endl;

    Person D;
    D = A + 10;
    cout << D.a << "  " << D.b << endl;
}

运行结果:


image.png

左移运算符（“<<”）符重载

可以输出自定义的数据类型。

class Person{

public:
    int a;
    int b;
};

ostream& operator<<(ostream &cout , Person &p){
    cout << p.a << "   " << p.b << endl;
    return cout;   //返回cout 可以实现链式编程
}


int main(){
    Person A;
    A.a = 10;
    A.b = 20;

    cout << A << endl;

}

运行结果：


image.png

左移运算符重载无法用成员函数来实现
因为要实现的是cout << A << endl;看例子吧~

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>

class Person{
public:
    int a;
    int b;

    ostream& operator<<(ostream &cout){
        cout << this->a << "   " << this->b << endl;
        return cout;
    }
};


int main(){
    Person A;
    A.a = 10;
    A.b = 20;

    A << cout << endl; //如果用成员函数，最后实现了是这样的。。。(因为是A调用，所以A写在前)

}

运行结果：


image.png

递增运算符（“++”）重载

class Person{

public:
    int a;
    int b;
    Person& operator++(){   //前置递增返回的是引用，这样++(++A)也不会出错
        a++;
        b++;
        return *this;
    }

    //后置递增返回的是值
    Person operator++(int){    //int是占位参数，可以用来区分前置和后置，必须写int，其他类型不可以
        Person tmp = *this;
        a++;
        b++;
        return tmp;
    }

};

ostream& operator<<(ostream &cout , Person &p){
    cout << p.a << "   " << p.b << endl;
    return cout;
}


int main(){
    Person A;
    A.a = 10;
    A.b = 20;

    cout << "原始A的值：" <<A << endl;
    ++A;
    cout << "A++后的值：" << A << endl;
    A++;
    cout << "A++后的值：" << A << endl;

}

运行结果：


image.png

赋值运算符（“=”）重载

存在复制运算符的原因是堆区的数据重复释放，也就是浅拷贝的问题。
详细解释：

image.png

在对象P1中new一个age变量，这个遍历被存储在堆区，需要程序员手动申请，手动释放，把P1赋给p2时，P2也指向这个堆区的地址空间，所以当使用析构函数对堆区数据进行释放时，P1释放了一次，P2又释放了一次，出现了堆区数据重复释放的情况，程序崩溃。

解决方案：
利用深拷贝来解决浅拷贝的问题。
因为出现程序崩溃的主要原因是，当p2 = p1时，p2直接指向了0x0011这块地址，使用赋值运算符重载，使p2 = p1时，p2开辟一个新的地址空间用来存储年龄18这个数据，这样在释放时，就不会重复释放了。


image.png
class Person {
public:
    Person(int age) {
        this->age = new int(age);
    }

    int *age;

    ~Person() {
        if (age != NULL) {
            delete age;
            age = NULL;
        }
    }

    Person &operator=(Person &p) {  //返回类型是Person，可以链式赋值，p3 = p2 = p1
        if (this->age != NULL) {
            delete age;
            age = NULL;
        }
        age = new int(*p.age);
        return *this;
    }

};


int main() {
    Person p1(10);
    cout << *p1.age << endl;  //p1.age是指针

    Person p2(18);
    cout << *p2.age << endl;

    p2 = p1;
    cout << *p2.age << endl;

    Person p3(20);
    cout << *p3.age << endl;

    p1 = p2 = p3;
    cout << *p1.age << "  " << *p2.age << "  " << *p3.age << endl;


}

运行结果：


image.png

关系运算符重载

public:
    Person(string name, int age,int sex) {
        this->name = name;
        this->age = age;
        this->sex = sex;
    }

    string name;
    int age;
    int sex;

    bool operator==(Person &p){
        return this->name == p.name && this->age == p.age && this->sex == p.sex;
    }

    bool operator!=(Person &p){
        return !(this->name == p.name && this->age == p.age && this->sex == p.sex);
    }

};


int main() {
    Person p1("Tom",23,1);
    Person p2("Tom",23,1);
    Person p3("Amy",23,2);

    cout << (p1 == p2 ? "相等" : "不相等")<< endl;
    cout << (p2 == p3 ? "相等" : "不相等")<< endl;

    cout << (p1 != p2 ? "不相等" : "相等")<< endl;
    cout << (p2 != p3 ? "不相等" : "相等")<< endl;


}

运行结果：


image.png

函数调用运算符重载

class Person {


public:
    void operator()(int b) {
        cout << b << endl;
    }


};


int main() {
    Person p1;
    p1.operator()(6);
    // 匿名函数对象
    Person()(9);


}

运行结果：


image.png

菜鸟教程的C++ 重载运算符和重载函数

补充：


image.png
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