C++类与运算符重载详解

### C++ 类与运算符重载详解 #### 1. 静态成员与 Car 类 在 C++ 编程中，我们有时需要跟踪某个类的对象数量。以二手车交易为例，我们可以创建一个 `Car` 类来实现这个功能。 ```cpp //Class Car, and a program to use it #ifndef CAR_H #define CAR_H #include <iostream> class Car { public: enum { MAX_NAME_SIZE = 50 }; Car(); Car(const Car &); Car(int theYear, const char* theMake, const char* theModel); void print(std::ostream&) const; const char* make () const { return make_; } const char* model() const { return model_; } int year () const { return year_; } static int numCars() { return numCars_;} void buy () { ++numCars_; } void sell () { --numCars_; } private: char make_[MAX_NAME_SIZE], model_[MAX_NAME_SIZE]; int year_; static int numCars_; }; #endif //CAR_H ``` 在这个类中，`numCars_` 是一个静态数据成员，用于记录当前库存的汽车数量。静态成员属于整个类，而不是某个特定的对象。`numCars()` 是一个静态成员函数，用于获取当前汽车的数量。 需要注意的是，静态成员函数不能被声明为 `const`。另外，静态数据成员不能在类定义中初始化，需要在类外部进行初始化。以下是 `car.cpp` 文件中的初始化代码： ```cpp //Class Car #include <cstring> #include "car.h" int Car::numCars_ = 0; //initialize the number of Cars to 0 ``` 下面是一个使用 `Car` 类的示例程序： ```cpp //A program that uses the Car class #include "car.h" using namespace std; int main () { Car banzai (2020, "Ford", "GT40"); Car mudbug (1987, "Jeep", "Wrangler"); Car sport (2000, "Toyota", "Corolla"); cout << "Looks like we have " << Car::numCars () << " cars in stock!" << endl; return 0; } ``` 这个程序创建了三辆汽车对象，并输出当前库存的汽车数量。 #### 2. 字符串类与运算符重载 在 C++ 中，数组的 `==` 运算符比较的是内存地址，而不是数组的内容。例如： ```cpp char string1[] = "Hello", string2[] = "Hello"; if (string1 == string2) ... ``` 这个条件会失败，因为 `string1` 和 `string2` 的内存地址不同。为了解决这个问题，我们可以创建自己的字符串类，并重载运算符。 以下是一个基本的字符串类 `String` 的定义： ```cpp class String { public: String (const char* other=""); //conversion from char* ctor; // default ctor String (const String &other); private: char* contents_; }; ``` 为了处理任意长度的字符串，我们使用动态内存分配。在构造函数中，我们可以选择将 `contents_` 初始化为 `nullptr` 或空字符串 `""`。这里我们选择将其初始化为空字符串。 ```cpp String::String (const char* other = "") { contents_ = new char[strlen(other) + 1]; //The +1 is room for final '\0' strcpy(contents_, other); } String::String (const String &other) { contents_ = new char[strlen(other.contents_) + 1]; strcpy(contents_, other.contents_); } ``` 为了减少代码冗余，我们可以使用委托构造函数： ```cpp String (const String &other) : String (other.c_str()) {} ``` 同时，我们可以添加一些新的成员函数： ```cpp const char* c_str() const { return contents_; } int size () const { return (int) strlen (c_str()); } ``` #### 3. 析构函数 当使用动态分配的数组时，我们需要在对象销毁时释放内存。这可以通过析构函数来实现。 ```cpp String::~String () { if (contents_) delete [] contents_; } ``` 析构函数的名称是类名前加上 `~`，它会在对象销毁时自动调用。这里的 `if (contents_)` 是为了避免删除 `nullptr` 导致的崩溃。 #### 4. 运算符重载 我们可以重载各种运算符，让它们按照我们的需求工作。以下是一些常见运算符的重载示例： ##### 4.1 比较运算符 ```cpp bool String::operator== (const String& other) const { return strcmp (c_str(), other.c_str()) == 0; } bool String::operator!= (const String& other) const { return ! (*this == other); } ``` `operator==` 用于比较两个字符串的内容是否相等，`operator!=` 则是 `operator==` 的取反。 ##### 4.2 一元运算符 ```cpp bool String::operator! () const { return ! size(); } ``` `operator!` 用于判断字符串是否为空。 ##### 4.3 赋值运算符 ```cpp const String& String::operator= (const String& other) { if (contents_) delete[] contents_; //delete old memory contents_ = new char[strlen(other.c_str()) + 1]; //get new memory //The +1 is room for final '\0' strcpy(contents_, other.c_str()); //copy contents over return *this; } ``` 赋值运算符 `operator=` 需要返回 `*this`，表示当前对象。为了提高效率，我们通常返回一个常量引用。 ##### 4.4 算术运算符 ```cpp const String& String::operator+= (const String& other) { char* oldContents = contents_; contents_ = new char [size() + other.size() + 1]; //1 extra space at the end for the null char strcpy (contents_, oldContents); //copy old into new strcat (contents_, other.c_str());//append other contents delete [] oldContents; return *this; } String String::operator+ (const String& other) const { String result = *this; result += other; return result; } ``` `operator+=` 用于字符串的拼接，`operator+` 则是返回一个新的拼接后的字符串。需要注意的是，`operator+` 不能返回常量引用，因为返回的是一个局部变量。 ##### 4.5 下标运算符 ```cpp char String::operator[] (int index) const { return contents_[index]; } char& String::operator[] (int index) { return contents_[index]; } ``` 下标运算符 `operator[]` 需要提供两个版本，一个是常量版本，用于只读访问；另一个是非常量版本，用于可写访问。 ###