C++中的友元和运算符重载

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2019年12月19日11:20:59C/C++评论162字数 1153阅读3分50秒阅读模式

一、友元

友元可以允许其他类或者函数访问自己的非共有成员，如果类想把它的函数作为友元，只需要增加一条以friend开头的函数声明即可。

1.1 添加外部函数作为友元

以下一个学生类，类中保存了学生的年龄、名字以及性别信息：

class stu_st {
private:
    int age;
    string name;
    char sex;
};

class stu_st {

private:

int age;

string name;

char sex;

};

现在希望在类外面以函数的形式来计算两个学生的年龄之和，因为age成员是私有的，所以目前类外部的函数是无法获取到学生年龄，这个想法无法完成。但是有了友元之后，这个想法就能实现了。只要在类中添加友元定义，外部再实现函数就可以了：

class stu_st {
    friend int figure_age(const stu_st &a, const stu_st &b);
    // ...
};

// 实现计算年龄函数
int figure_age(const stu_st &a, const stu_st &b) {
    return a.age + b.age;
}

class stu_st {

friend int figure_age(const stu_st &a, const stu_st &b);

// ...

};

// 实现计算年龄函数

int figure_age(const stu_st &a, const stu_st &b) {

return a.age + b.age;

}

友元是不区分共有和私有的，以友元修饰的函数即使声明在private域，外部也是能访问的。

1.2 以外部类作为友元

新增一个老师类，老师能获取学生的年龄：

class teacher_st;
class stu_st {
    friend class teacher_st;
    // ...
};

class teacher_st {
public:
    unsigned int get_stu_age(const stu_st &stu) {
        return stu.age;
    }
};

class teacher_st;

class stu_st {

friend class teacher_st;

// ...

};

class teacher_st {

public:

unsigned int get_stu_age(const stu_st &stu) {

return stu.age;

}

};

1.3 静态成员变量

当类中存在静态变量时，友元类和函数也是能直接访问这个变量的。

以下代码声明了一个teacher_st作为老师类，声明了一个stu_st作为学生类，学生类中有一个静态变量total_count表示学生的总数，老师作为友元类来获取这个数量：

#include <iostream>

using namespace std;

class teacher_st;
class stu_st {
    friend class teacher_st;
private:
    static unsigned int total_count;
};

class teacher_st {
public:
    unsigned int get_stu_count() {
        return stu_st::total_count;
    }
};

unsigned int stu_st::total_count = 10;

int main() {
    teacher_st t;
    cout << t.get_stu_count() << endl;
    return 0;
}

#include <iostream>

using namespace std;

class teacher_st;

class stu_st {

friend class teacher_st;

private:

static unsigned int total_count;

};

class teacher_st {

public:

unsigned int get_stu_count() {

return stu_st::total_count;

}

};

unsigned int stu_st::total_count = 10;

int main() {

teacher_st t;

cout << t.get_stu_count() << endl;

return 0;

}

运行结果：

C++中的友元和运算符重载-图片1

二、运算符重载

2.1 运算符重载语法

运算符重载给类提供了大大的便利，使得自定义类型也能和内置类型一样使用系统操作符。

运算符重载的语法：

void operator+(const stu_st &s);

1	void operator+(const stu_st &s);

各元素说明：

void：返回值类型
operator+：表示重载运算符+
s：运算符的参数

运算符重载有几种不同的写法，可以写在类中，也可以写在类外面。

在类中声明

以学生类为例，重载小于符号<使得类可以直接通过年龄大小作为对比：

class stu_st {
private:
    unsigned int age;
    string name;
public:
    stu_st(int age, string name) : age(age), name(name) {
    }
    // 重载小于符号
    bool operator<(const stu_st &x) const {
        return this->age < x.age;
    }
};

class stu_st {

private:

unsigned int age;

string name;

public:

stu_st(int age, string name) : age(age), name(name) {

}

// 重载小于符号

bool operator<(const stu_st &x) const {

return this->age < x.age;

}

};

在类外面声明

因为类外面的函数无法直接访问类内部数据，因此，类外面的函数需要被声明为类的友元函数。

class stu_st {
private:
    unsigned int age;
    string name;
public:
    // 声明重载操作符>
    friend bool operator>(const stu_st &, const stu_st &);
};

bool operator>(const stu_st &a, const stu_st &b) {
    return a.age > b.age;
}

class stu_st {

private:

unsigned int age;

string name;

public:

// 声明重载操作符>

friend bool operator>(const stu_st &, const stu_st &);

};

bool operator>(const stu_st &a, const stu_st &b) {

return a.age > b.age;

}

注意

在类内部重载操作符，编译器默认会把this作为第一个参数传入，因此，重载时无需再传入当前类对象本身。例如：

bool operator<(const stu_st &x) const

1	bool operator<(const stu_st &x) const

这就表示用当前对象和x对象作对比。而外部声明的函数，因为没有封装在类中，不能传入this指针，因此声明时需要传入对象本身。即：

friend bool operator>(const stu_st &, const stu_st &);

1	friend bool operator>(const stu_st &, const stu_st &);

2.3 重载输入输出运算符

重载输入和输出运算符需要注意的一个问题是：与iostream标准库相关的运算符重载，必须是非成员函数。

#include <iostream>
#include <ostream>
#include <string>

using namespace std;

class stu_st {
private:
    unsigned int age;
    string name;
public:
    stu_st() {};

    friend istream &operator>>(istream &, stu_st &);
    friend ostream &operator<<(ostream &os, const stu_st &stu);
};

// 重载输出运算符
ostream &operator<<(ostream &os, const stu_st &stu) {
    os << "Name: " << stu.name << "\tAge: " << stu.age;
    return os;
}

// 重载输入运算符
istream &operator>>(istream &is, stu_st &stu) {
    is >> stu.name >> stu.age;
    return is;
}

int main() {
    stu_st stu;
    cin >> stu;
    cout << stu;
}