一、前言

  其实本人学习C++的目的,只是为了体会OOP设计思想,并为利用System Verilog验证复杂设计做准备。如果想要真正做点软件方面项目级的东西,还需要掌握其他高级语言和库、框架等知识。因此该系列博文仅注重语言基础和设计思想。上一篇该系列博文讲述了C++中基本的类封装,这次利用运算符重载友元函数来体会下C++的灵活性。

二、运算符重载友元函数

  本文同样以《C++ Primer Plus》中的一个简单示例来讲解此内容。场景如下:时间粗劣地分为时和分两部分。需要完成两个时间的相加、时间与倍数的相乘(这个操作不太恰当,凑活看吧)以及显示时间操作。先上代码:

类声明:

1#ifndef MYTIME_H_2#defineMYTIME_H_34usingstd::ostream;56classTime7{8private:9inthours;10intminutes;11public:12Time();13Time(inth,intm=0);14voidReset(int h = 0,int m = 0);15Timeoperator+(const Time& t) const;16Timeoperator*(doublemult)const;//成员函数1718 friend Time operator*(doublem,const Time& t) //友元函数(inline)19{return t *m;}20 friend ostream& operator<<(ostream & os,const Time& t);//<<左侧必须是ostream对象 返回ostream&21};22#endif
mytime.h

类方法定义:

1 #include <iostream>2#include"mytime.h"34Time::Time()5{6 hours = minutes = 0;7}89Time::Time(inth,intm)10{11 hours =h;12 minutes =m;13}1415voidTime::Reset(inth,intm)16{17 hours =h;18 minutes =m;19}2021 Time Time::operator+(const Time& t) const22{23 Time sum;24 sum.minutes = minutes +t.minutes;25 sum.hours = hours +t.hours +sum.minutes / 60;26 sum.minutes %= 60;27returnsum;28}2930 Time Time::operator*(doublemult)const31{32 Time result;33long totalminutes = hours * mult * 60 + minutes *mult;34 result.hours = totalminutes / 60;35 result.minutes = totalminutes % 60;36returnresult;37}3839ostream&operator<<(ostream& os,constTime&t)40{41 os << t.hours << "hours," << t.minutes << "minutes";42returnos;43}
mytime.cpp

  以上代码的设计原则是:想让Time类对象的相加、与常数相乘以及打印操作与C++内置类型一致。因此+、*、<<三个符号必须进行运算符重载操作,即对此类对象使用这三个运算符时的具体实现细节需重新定义。声明格式为:<返回值类型> operator<op>()。但是这里存在一个问题,成员函数Time operator*(double mult) 在被调用时,类对象必须放置在*符号左侧,也就是说当表达式为m*t(t为Time类对象)时,编译器会报错。使用<<运算符打印Time类对象时同样会遇到此问题。

  为了实现用户友好,使用没有此限制的友元函数重载运算符是个不错的选择。友元函数是类接口的扩展,这类函数虽然不是类成员函数,但可以访问类私有成员。需要注意的一点是:<<输出数据时,左侧必须是ostream类对象。因此重载<<运算符时,必须使函数返回参数中ostream类对象本身才能正确编译cout << A << B;语句。这条语句与(cout << A) << B;等同。

三、应用程序及结果分析

应用程序示例代码:

1 #include <iostream>2#include"mytime.h"34usingstd::endl;56intmain()7{8usingstd::cout;910 Time planning;11 Time coding(2,40);12 Time fixing(5,55);13 Time total;14 Time adjusted1,adjusted2;1516 cout << "planning time = ";17 cout << planning <<endl;1819 cout << "coding time = ";20 cout << coding <<endl;21 cout << "fixing time = ";22 cout << fixing <<endl;23 cout <<endl;2425 total = coding +fixing;26 cout << "coding + fixing = ";27 cout << total <<endl;2829 adjusted1 = total * 1.5;//调用成员函数30 cout << "total * 1.5 = ";31 cout << adjusted1 <<endl;3233 adjusted2 = 1.5 * total;//调用友元函数34 cout << "1.5 * total = ";35 cout << adjusted2 <<endl;3637}
usetime.cpp

  Time类对象planning创建时隐式调用用户定义默认构造函数,而coding和fixing因有参数传递调用第二个构造函数,这正是C++的多态性质。可以看到,打印Time类对象与打印C++内置类型对象无异。重点关注“*”运算符的使用,adjusted1和adjusted2表达式中乘法运算依次调用了成员函数和友元函数。C++编译器同样会自动识别用户的意图。打印结果如图:

  应用程序运行正确,重载的两个Time类对象的加法运算和Time类对象与常数的乘法运算结果无误。之后的两篇博客依次讲述动态内存分配与类继承内容,有错误的地方欢迎指正。