C++数据结构与运算符重载知识详解

### C++ 数据结构与运算符重载知识详解 #### 1. 队列与栈的数据存储差异 队列和栈都使用数组来存储数据，但二者存在明显区别。栈使用一个名为 `top` 的整数变量来跟踪栈顶位置；而队列则需要两个变量，`head` 指向队列头部，`tail` 指向队列尾部。元素从队列尾部加入（就像银行里最后一位排队的顾客），从队列头部移除。随着元素的加入和移除，`tail` 会沿着数组跟随 `head` 移动。当 `tail` 或 `head` 到达数组末尾时，需要将其绕回到数组开头，例如使用如下语句： ```cpp if(tail == MAX-1) tail = -1; ``` 这种数组也被称为循环缓冲区，因为 `head` 和 `tail` 会围绕数组循环，数据存储在它们之间。 #### 2. 矩阵类的创建 矩阵是二维数组。我们可以创建一个 `matrix` 类，它具备与特定数组类相同的安全特性，即检查数组索引是否越界。`matrix` 类的成员数据是一个 10x10 的数组，其构造函数允许程序员指定矩阵的实际维度（需小于 10x10）。访问矩阵数据的成员函数需要两个索引，分别对应数组的两个维度。以下是一个操作该类的 `main()` 函数片段示例： ```cpp matrix m1(3, 4); // 定义一个矩阵对象 int temp = 12345; // 定义一个整数值 m1.putel(7, 4, temp); // 将 temp 的值插入矩阵的 7,4 位置 temp = m1.getel(7, 4); // 从矩阵的 7,4 位置获取值 ``` #### 3. 长双精度浮点数转换为货币字符串 我们可以编写一个 `ldtoms()` 函数，将 `long double` 类型的数字转换为货币字符串。具体步骤如下： 1. 检查原始 `long double` 值是否过大，建议不转换大于 9,999,999,999,999,990.00 的数字。 2. 使用 `ostrstream` 对象将 `long double` 转换为纯字符串（无美元符号和逗号），存储在 `ustring` 缓冲区中。 3. 创建一个以美元符号开头的新字符串，从左到右逐个复制 `ustring` 中的数字，并每三位插入一个逗号。 4. 去除前导零。 5. 用 `'\0'` 字符终止字符串。 以下是一个使用该函数的 `main()` 程序示例： ```cpp #include <iostream> #include <sstream> #include <cstring> // 假设 ldtoms 函数已实现 void ldtoms(long double num, char* result); int main() { long double input; char result[100]; while (std::cin >> input) { ldtoms(input, result); std::cout << result << std::endl; } return 0; } ``` #### 4. bMoney 类的创建 创建一个 `bMoney` 类，用于存储货币金额，以 `long double` 类型存储。该类包含以下成员函数： - `mstold()`：将输入的货币字符串转换为 `long double`。 - `ldtoms()`：将 `long double` 转换为货币字符串用于显示。 - `getmoney()`：输入货币字符串。 - `putmoney()`：输出货币字符串。 - `madd()`：将两个 `bMoney` 对象的金额相加。 以下是 `bMoney` 类的定义： ```cpp class bMoney { private: long double money; public: bMoney(); bMoney(char s[]); void madd(bMoney m1, bMoney m2); void getmoney(); void putmoney(); }; ``` #### 5. 运算符重载概述 运算符重载是面向对象编程中非常令人兴奋的特性之一，它可以将复杂、晦涩的程序代码转换为直观易懂的形式。例如，原本像 `d3.addobjects(d1, d2);` 或 `d3 = d1.addobjects(d2);` 这样的语句，可以转换为更易读的 `d3 = d1 + d2;`。运算符重载指的是为 C++ 中的普通运算符（如 `+`、`*`、`<=` 和 `+=`）赋予在用户自定义数据类型上的额外含义。通常，`a = b + c;` 仅适用于基本类型（如 `int` 和 `float`），若 `a`、`b` 和 `c` 是用户自定义类的对象，编译器会报错。但通过运算符重载，即使它们是用户自定义类型，该语句也能合法使用。 #### 6. 一元运算符重载 一元运算符只作用于一个操作数，例如 `++`、`--` 和一元负号 `-`。以 `Counter` 类为例，原本通过调用成员函数 `c1.inc_count();` 来增加计数器的值，若使用运算符重载，我们可以直接使用 `++c1;`。 以下是 `COUNTPP1` 程序示例： ```cpp // countpp1.cpp // 使用 ++ 运算符递增计数器变量 #include <iostream> using namespace std; class Counter { private: unsigned int count; // 计数器 public: Counter() : count(0) // 构造函数 { } unsigned int get_count() // 返回计数器值 { return count; } void operator ++ () // 前缀递增 { ++count; } }; int main() { Counter c1, c2; // 定义并初始化 cout << "\nc1=" << c1.get_count(); // 显示 cout << "\nc2=" << c2.get_count(); ++c1; // 递增 c1 ++c2; // 递增 c2 ++c2; // 递增 c2 cout << "\nc1=" << c1.get_count(); // 再次显示 cout << "\nc2=" << c2.get_count() << endl; return 0; } ``` 该程序的输出结果为： ``` c1=0 c2=0 c1=1 c2=2 ``` 在这个程序中，`operator ++ ()` 函数用于递增 `count` 变量。但该函数存在一个小缺陷，若在 `main()` 函数中使用 `c1 = ++c2;` 语句，编译器会报错，因为 `operator ++ ()` 函数的返回类型为 `void`，而赋值语句要求返回 `Counter` 类型的变量。为了解决这个问题，我们可以修改函数使其返回一个值，如 `COUNTPP2` 程序所示： ```cpp // countpp2.cpp // 使用 ++ 运算符递增计数器变量并返回值 #include <iostream> using namespace std; class Counter { private: unsigned int count; // 计数器 public: Counter() : count(0) // 构造函数 { } unsigned int get_count() // 返回计数器值 { return count; } Counter operator ++ () // 递增计数器 { ++count; // 递增计数器 Counter temp; // 创建一个临时 Counter 对象 temp.count = count; // 赋予临时对象相同的值 return temp; // 返回临时对象 } }; int main() { Counter c1, c2; // c1=0, c2=0 cout << "\nc1=" << c1.get_count(); ```