C++中的友元函数、静态函数及相关操作详解

### C++ 中的友元函数、静态函数及相关操作详解 #### 1. 重载 + 运算符与友元函数的引入 在 C++ 编程中，我们常常会遇到需要对自定义类型进行运算符重载的情况。例如，对于一个表示英制距离的 `Distance` 类，我们希望能够使用 `+` 运算符来实现两个 `Distance` 对象的相加。 下面是一个简单的 `Distance` 类的实现，其中重载了 `+` 运算符： ```cpp #include <iostream> using namespace std; class Distance { private: int feet; float inches; public: Distance() : feet(0), inches(0.0) {} Distance(float fltfeet) { feet = static_cast<int>(fltfeet); inches = 12 * (fltfeet - feet); } Distance(int ft, float in) : feet(ft), inches(in) {} void showdist() { cout << feet << "\'-" << inches << '\"'; } Distance operator + (Distance); }; Distance Distance::operator + (Distance d2) { int f = feet + d2.feet; float i = inches + d2.inches; if (i >= 12.0) { i -= 12.0; f++; } return Distance(f, i); } int main() { Distance d1 = 2.5; Distance d2 = 1.25; Distance d3; cout << "\nd1 = "; d1.showdist(); cout << "\nd2 = "; d2.showdist(); d3 = d1 + 10.0; cout << "\nd3 = "; d3.showdist(); // d3 = 10.0 + d1; // 这行代码会报错 cout << endl; return 0; } ``` 在这个例子中，我们定义了一个 `Distance` 类，并重载了 `+` 运算符。当我们执行 `d3 = d1 + 10.0;` 时，编译器会使用单参数构造函数将 `10.0` 转换为 `Distance` 对象，然后进行相加操作。 然而，当我们尝试执行 `d3 = 10.0 + d1;` 时，会出现错误。这是因为重载的 `+` 运算符作为成员函数时，其所属的对象必须位于运算符的左侧。当左侧是不同类型的变量或常量时，编译器会使用该类型的 `+` 运算符，而不是我们重载的 `+` 运算符。 为了解决这个问题，我们可以将 `+` 运算符重载为友元函数： ```cpp #include <iostream> using namespace std; class Distance { private: int feet; float inches; public: Distance() { feet = 0; inches = 0.0; } Distance(float fltfeet) { feet = int(fltfeet); inches = 12 * (fltfeet - feet); } Distance(int ft, float in) { feet = ft; inches = in; } void showdist() { cout << feet << "\'-" << inches << '\"'; } friend Distance operator + (Distance, Distance); }; Distance operator + (Distance d1, Distance d2) { int f = d1.feet + d2.feet; float i = d1.inches + d2.inches; if (i >= 12.0) { i -= 12.0; f++; } return Distance(f, i); } int main() { Distance d1 = 2.5; Distance d2 = 1.25; Distance d3; cout << "\nd1 = "; d1.showdist(); cout << "\nd2 = "; d2.showdist(); d3 = d1 + 10.0; cout << "\nd3 = "; d3.showdist(); d3 = 10.0 + d1; cout << "\nd3 = "; d3.showdist(); cout << endl; return 0; } ``` 将 `+` 运算符重载为友元函数后，我们可以使用 `d3 = 10.0 + d1;` 这样的语句，因为友元函数可以接受两个 `Distance` 对象作为参数。 下面是一个简单的流程图，展示了 `+` 运算符重载的处理流程： ```mermaid graph TD; A[开始] --> B[输入两个 Distance 对象或一个 Distance 对象和一个 float 值]; B --> C{是否为友元函数}; C -- 是 --> D[将两个参数作为 Distance 对象进行相加 ```