面向对象程序设计课件

面向对象程序设计是一种编程范式，它以对象为中心，通过封装、继承和多态等机制来组织代码。在本课件中，主要讨论了运算符重载这一关键概念，它是C++中的一个重要特性，允许程序员为已有的运算符赋予新的含义，以便在自定义的数据类型上使用。 10.1 什么是运算符重载 运算符重载并不是创建新的运算符，而是对已存在的运算符给予新的解释。在C++中，当我们用“+”运算符进行整数或浮点数的加法运算时，实际上是在调用系统提供的内建操作。然而，对于自定义的数据类型，比如这里的`Complex`类（表示复数），系统默认并不知道如何处理复数的加法。因此，我们需要通过运算符重载来定义“+”如何作用于`Complex`对象。 10.2 运算符重载的方法 运算符重载是通过定义一个与特定运算符关联的函数来实现的。这个函数的名称是`operator`后面紧跟要重载的运算符。例如，对于重载“+”运算符，我们可以定义如下函数： ```cpp Complex operator + (Complex& c1, Complex& c2); ``` 这个函数接受两个`Complex`对象作为参数，并返回一个新的`Complex`对象，表示这两个复数的和。 10.3 重载运算符的规则 1. 运算符重载不能改变运算符的优先级和结合性。 2. 不能创建新的运算符。 3. 单目运算符可以被声明为类的成员函数，双目运算符可以是成员函数也可以是友元函数。 4. 需要保持运算符的语义一致性，即重载的运算符应该与原运算符的行为一致或有清晰的对应关系。 10.4 运算符重载函数作为类成员函数和友元函数 成员函数形式的运算符重载常用于处理仅涉及一个对象的操作，如单目运算符。而双目运算符重载既可作为成员函数，也可作为非成员（友元）函数，选择哪种取决于操作是否需要访问私有或保护成员。 10.5 重载双目运算符 例如，`Complex`类中重载“+”运算符的成员函数可能如下所示： ```cpp Complex Complex::operator+(const Complex& c2) const { Complex result(*this); // 创建一个当前对象的副本 result.real += c2.real; result.imag += c2.imag; return result; } ``` 10.6 重载单目运算符 单目运算符如“-”、“!”可以作为类的成员函数重载，因为它们通常只作用于一个对象。 10.7 重载流插入运算符(<<)和流提取运算符(>>) 在C++ I/O流库中，`std::ostream`类（如`std::cout`）和`std::istream`类（如`std::cin`）的成员运算符`<<`和`>>`用于输入/输出操作。我们可以重载这些运算符，使得我们的自定义类型能够直接与标准流进行交互。例如： ```cpp friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c) { os << "(" << c.real << "," << c.imag << "i)"; return os; } friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Complex& c) { double real, imag; is >> real >> imag; c = Complex(real, imag); return is; } ``` 10.8 不同类型数据间的转换 在运算符重载时，有时需要处理不同类型的对象。例如，我们可能希望`Complex`类能与`double`进行加法。这可以通过重载运算符并添加类型转换来实现。在适当的地方，可以使用`static_cast`或隐式类型转换来实现这种转换。 通过运算符重载，我们可以在自定义类型上使用熟悉的运算符，提高代码的可读性和易用性。在`Complex`类的例子中，通过重载“+”运算符，我们可以简洁地写出如`c3 = c1 + c2`这样的代码，而不是通过调用一个名为`complex_add`的成员函数。这不仅使得代码更加直观，还减少了调用的层次，提高了代码的效率。