详解C++编程中的单目运算符重载与双目运算符重载

C++单目运算符重载
单目运算符只有一个操作数，如!a，-b，&c，*p，还有最常用的++i和--i等。重载单目运算符的方法与重载双目运算符的方法是类似的。但由于单目运算符只有一个操作数，因此运算符重载函数只有一个参数，如果运算符重载函数作为成员函数，则还可省略此参数。

下面以自增运算符”++“为例，介绍单目运算符的重载。

[例] 有一个Time类，包含数据成员minute(分)和sec(秒)，模拟秒表，每次走一秒，满60秒进一分钟，此时秒又从0开始算。要求输出分和秒的值。

#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
 public:
 Time( ){minute=0;sec=0;} //默认构造函数
 Time(int m,int s):minute(m),sec(s){ } //构造函数重载
 Time operator++( ); //声明运算符重载函数
 void display( ){cout<<minute<<":"<<sec<<endl;} //定义输出时间函数
 private:
 int minute;
 int sec;
};
Time Time::operator++( ) //定义运算符重载函数
{
 if(++sec>=60)
 {
  sec-=60; //满60秒进1分钟
  ++minute;
 }
 return *this; //返回当前对象值
}
int main( )
{
 Time time1(34,0);
 for (int i=0;i<61;i++)
 {
  ++time1;
  time1.display( );
 }
 return 0;
}

运行情况如下：

34:1
34:2
┆
34:59
35:0
35:1 (共输出61行)

可以看到：在程序中对运算符“++”进行了重载，使它能用于Time类对象。“++”和“--”运算符有两种使用方式，前置自增运算符和后置自增运算符，它们的作用是不一样的，在重载时怎样区别这二者呢？

针对“++”和“--”这一特点，C++约定，在自增(自减)运算符重载函数中，增加一个int型形参，就是后置自增(自减)运算符函数。

[例] 在上面例子程序的基础上增加对后置自增运算符的重载。修改后的程序如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
 public:
 Time( ){minute=0;sec=0;}
 Time(int m,int s):minute(m),sec(s){}
 Time operator++( );//声明前置自增运算符“++”重载函数
 Time operator++(int);//声明后置自增运算符“++”重载函数
 void display( ){cout<<minute<<":"<<sec<<endl;}
 private:
 int minute;
 int sec;
};
Time Time::operator++( )//定义前置自增运算符“++”重载函数
{
 if(++sec>=60)
 {
  sec-=60;
  ++minute;
 }
 return *this;//返回自加后的当前对象
}
Time Time::operator++(int)//定义后置自增运算符“++”重载函数
{
 Time temp(*this);
 sec++;
 if(sec>=60)
 {
  sec-=60;
  ++minute;
 }
 return temp; //返回的是自加前的对象
}
int main( )
{
 Time time1(34,59),time2;
 cout<<" time1 : ";
 time1.display( );
 ++time1;
 cout<<"++time1: ";
 time1.display( );
 time2=time1++; //将自加前的对象的值赋给time2
 cout<<"time1++: ";
 time1.display( );
 cout<<" time2 :";
 time2.display( ); //输出time2对象的值
}

请注意前置自增运算符“++”和后置自增运算符“++”二者作用的区别。前者是先自加，返回的是修改后的对象本身。后者返回的是自加前的对象，然后对象自加。请仔细分析后置自增运算符重载函数。

运行结果如下：

time1 : 34:59(time1原值)
++time1: 35:0 (执行++time1后time1的值)
time1++: 35:1 (再执行time1++后time1的值)
time2 : 35:0 (time2保存的是执行time1++前time1的值)

可以看到，重载后置自增运算符时，多了一个int型的参数，增加这个参数只是为了与前置自增运算符重载函数有所区别，此外没有任何作用。编译系统在遇到重载后置自增运算符时，会自动调用此函数。

C++双目运算符重载
双目运算符(或称二元运算符)是C++中最常用的运算符。双目运算符有两个操作数，通常在运算符的左右两侧，如3+5，a=b，i<10等。在重载双目运算符时，不言而喻在函数中应该有两个参数。

[例] 定义一个字符串类String，用来存放不定长的字符串，重载运算符“==”、“<”和“>”，用于两个字符串的等于、小于和大于的比较运算。

为了使读者便于理解程序，同时也使读者了解建立程序的步骤，下面分几步来介绍编程过程：
1) 先建立一个String类:

#include <iostream>
using namespace std;
class String
{
 public:
 String( ){p=NULL;} //默认构造函数
 String(char *str); //构造函数
 void display( );
 private:
 char *p;//字符型指针,用于指向字符串
};
String::String(char *str) //定义构造函数
{p=str;} //使p指向实参字符串
void String::display( ) //输出p所指向的字符串
{cout<<p;}
int main( )
{
 String string1("Hello"),string2("Book");
 string1.display( );
 cout<<endl;
 string2.display( );
 return 0;
}

运行结果为：

Hello
Book

2) 有了这个基础后，再增加其他必要的内容。现在增加对运算符重载的部分。为便于编写和调试，先重载一个运算符“>”。程序如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class String
{
  public:
  String( ){p=NULL;}
  String(char *str);
  friend bool operator>(String &string1,String &string2);//声明运算符函数为友元函数
  void display( );
  private:
  char *p;//字符型指针,用于指向字符串
};
String::String(char *str)
{p=str;}
void String::display( ) //输出p所指向的字符串
{cout<<p;}
bool operator>(String &string1,String &string2)//定义运算符重载函数
{
  if(strcmp(string1.p,string2.p)>0)
   return true;
  else return false;
}
int main( )
{
  String string1("Hello"),string2("Book");
  cout<<(string1>string2)<<endl;
}

程序运行结果为1。

这只是一个并不很完善的程序，但是，已经完成了实质性的工作了，运算符重载成功了。其他两个运算符的重载如法炮制即可。

3) 扩展到对3个运算符重载。
在String类体中声明3个成员函数:
 

 friend bool operator> (String &string1, String &string2);
 friend bool operator< (String &string1, String &string2);
 friend bool operator==(String &string1, String& string2);

在类外分别定义3个运算符重载函数：

bool operator>(String &string1,String &string2) //对运算符“>”重载
{
 if(strcmp(string1.p,string2.p)>0)
  return true;
 else
  return false;
}
bool operator<(String &string1,String &string2) //对运算符“<”重载
{
 if(strcmp(string1.p,string2.p)<0)
  return true;
 else
  return false;
}
bool operator==(String &string1,String &string2) //对运算符“==”重载
{
 if(strcmp(string1.p,string2.p)==0)
  return true;
 else
  return false;
}

再修改主函数：

int main( )
{
 String string1("Hello"), string2("Book"), string3("Computer");
 cout<<(string1>string2)<<endl; //比较结果应该为true
 cout<<(string1<string3)<<endl; //比较结果应该为false
 cout<<(string1==string2)<<endl; //比较结果应该为false
 return 0;
}

运行结果为：

1
0
0

结果显然是对的。到此为止，主要任务基本完成。

4) 再进一步修饰完善，使输出结果更直观。下面给出最后的程序。

#include <iostream>
using namespace std;
class String
{
 public:
 String( ){p=NULL;}
 String(char *str);
 friend bool operator>(String &string1, String &string2);
 friend bool operator<(String &string1, String &string2);
 friend bool operator==(String &string1, String &string2);
 void display( );
 private:
 char *p;
};
String::String(char *str)
{p=str;}
void String::display( ) //输出p所指向的字符串
{cout<<p;}
bool operator>(String &string1, String &string2)
{
 if(strcmp(string1.p, string2.p)>0)
  return true;
 else
  return false;
}
bool operator<(String &string1, String &string2)
{
 if(strcmp(string1.p, string2.p)<0)
  return true;
 else
  return false;
}
bool operator==(String &string1, String &string2)
{
 if(strcmp(string1.p, string2.p)==0)
  return true;
 else
  return false;
}
void compare(String &string1, String &string2)
{
 if(operator>(string1, string2)==1)
  {string1.display( );cout<<">";string2.display( );}
 else
  if(operator<(string1, string2)==1)
   {string1.display( );cout<<"<";string2.display( );}
  else
   if(operator==(string1, string2)==1)
   {string1.display( );cout<<"=";string2.display( );}
 cout<<endl;
}
int main( )
{
 String string1("Hello"), string2("Book"), string3("Computer"), string4("Hello");
 compare(string1, string2);
 compare(string2, string3);
 compare(string1, string4);
 return 0;
}

运行结果为：

Hello>Book
Book<Computer
Hello==Hello

增加了一个compare函数，用来对两个字符串进行比较，并输出相应的信息。这样可以减轻主函数的负担，使主函数简明易读。

通过这个例子，不仅可以学习到有关双目运算符重载的知识，而且还可以学习怎样去编写C++程序。由于C ++程序包含类，一般都比较长，有的初学C++的读者见到比较长的程序就发怵，不知该怎样着手去阅读和分析它。轮到自己编程序，更不知道从何入 手，往往未经深思熟虑，想到什么就写什么，一口气把程序写了出来，结果一运行，错 误百出，光为找出错位置就花费了大量的时间。根据许多初学者的经验，上面介绍的方法是很适合没有编程经验的初学者的，能使人以清晰的思路进行程序设计，减少出错机会， 提高调试效率。

这种方法的指导思想是：先搭框架，逐步扩充，由简到繁，最后完善。边编程，边调试，边扩充。千万不要企图在一开始时就解决所有的细节。类是可扩充的，可以一步一步地扩充它的功能。最好直接在计算机上写程序，每一步都要上机调试，调试通过了前面一步再做下一步，步步为营。这样编程和调试的效率是比较高的。大家可以试验一下。