C++程序设计第11章友元与运算符重载.ppt

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1、第11章 友元与运算符重载,目的与要求11.1 友元函数11.2 运算符重载11.3 多态性与虚函数11.4 类与对象的特性本章小结,目的与要求,通过本章的学习，应理解友元的概念，掌握将普通函数定义为类友元函数的方法。理解运算符重载的概念，掌握运算符重载函数的定义方法、调用过程及实际应用。掌握多态性技术的概念及实现方法。了解虚函数与纯虚函数的概念、定义格式及使用方法。,11.1 友元函数,友元函数定义：友元函数是能在类外访问类中的任何成员的函数。友元函数可以是普通函数，也可以是某个类的成员函数，甚至可以将某个类说明成另一个类的友元。,11.1.1 定义普通函数为友元函数,在定义一个类时，若在类

2、中用关键词friend修饰普通函数，则该普通函数就成为该类的友元函数，它可以访问该类中所有的成员。定义普通友元函数的格式为：friend(形参表)；【例11.1】用友元函数的方法求长方体的体积。,例程,友元函数的说明：,（1）友元函数不是类的成员函数，它不带this指针。所以必须用对象或对象的引用作为友元函数的形参，并在函数体内使用运算符“.”来访问对象的成员（2）友元函数必须在类内进行函数原型说明，函数定义部分写在类外。（3）友元函数与一般函数的区别：友元函数可访问类内的任一数据成员或成员函数；一般函数只能访问类的公有数据成员或公有成员函数。（4）由于友元函数不是类的成员函数，所以类的访问权

3、限对友元函数不起作用。（5）友元函数可使用类内的所有成员，破坏了数据的安全性，使用友元函数必须谨慎。,11.1.2 友元注意事项,（1）友元关系是不传递的（2）友元关系不具有交换性（3）友元关系是不能继承的,11.2 运算符重载,11.2.1 运算符重载的概念 1引例 用“+”运算符完成两个实数、两个复数、两个字符串的相关运算。（1）实数。设：c1=10，c2=20，则：c1+c2=10+20=30。（2）复数。设：c1=10+10i，c2=20+20i，则：c1+c2=30+30i。（3）字符串。设：c1=“ABCD”，c2=“EFGH”，则c1+c2=ABCDEFGH“这就是“+”运算符的

4、重载。,运算符重载的概念,2运算符重载 所谓运算符重载就是用同一个运算符完成不同的运算操作。3运算符重载函数 运算符重载是通过运算符重载函数来完成的。运算符重载函数分一元运算符重载函数为成员函数、一元运算符重载函数为友员函数、二元运算符重载函数为成员函数、二元运算符重载函数为友员函数四种情况,11.2.2 二元运算符重载,1运算符重载函数为类的成员函数（1）重载函数的定义格式:(形参)函数体 其中，类型为重载函数的返回类型。类名为成员函数所属类的类名。关键词“operator”加上“重载运算符”为重载函数名，即：=。形参常为参加运算的对象或数据。,运算符重载函数为类的成员函数,（2）重载函数的

5、调用格式.(实参表)；注意：在进行两个对象的二元运算时，其程序中所用到语法格式为：；如：c1+c2 而执行上述语句时，系统将自动转换成对重载函数的调用格式：.(右操作数)；如c1.operator+(c2);【例11.2】定义一个复数类，重载“+”运算符，使这个运算符能直接完成两个复数的加法运算，以及一个复数与一个实数的加法运算。,例程,运算符重载函数为类的成员函数说明,（3）对于运算符重载，必须说明以下几点：运算符重载函数名必须为：operator 运算符的重载是通过调用运算符重载函数实现的。调用函数时，左操作数为调用重载函数的对象，右操作数作为函数的实参，实参可以是对象、实数等其它类型。形

6、参说明：若重载函数为成员函数，则参加二元运算的左操作数为调用重载函数的对象。因此，重载函数为成员函数的参数通常为一个，即右操作数。运算符重载函数的返回类型。若二个同类对象进行二元运算后的结果类型仍为原类型，则运算符重载函数的返回类型应为原类型。,C+中允许重载的运算符,（4）C+中允许重载的运算符如下表所示。,C+中不允许重载的运算符,（5）C+中不允许重载的运算符如下表所示。,2.运算符重载函数为友元函数,（1）重载运算符的定义格式(形参1，形参2)函数体 其中，形参1与形参2常为参加运算的两个对象的引用。当重载函数为友元普通函数时，该重载函数不能用对象调用，因此参加运算的两个对象必须以形参

7、方式传送到重载函数体内，所以形参通常为两个参加运算的对象。,运算符重载函数为友元函数,（2）重载函数的调用格式(实参1，实参2)；其中实参1，实参2分别是重载运算符的左操作数和右操作数。【例11.3】用友元运算符重载函数实现【例11.2】中复数的加法运算。,例程,成员函数与友元函数作为重载函数的差别,（3）成员函数与友元函数作为重载函数的差别：用成员函数与友元函数作为运算符重载函数，就运算符的使用来讲是一样，但编译器处理方法是不同的。当重载函数为成员函数时，二元运算符的左操作数为调用重载函数的对象。右操作数为实参。当重载函数为友元函数时，二元运算符的左操作数为调用重载函数的第一个实参。右操作数

8、为第二个实参。,11.2.3 一元运算符重载,1.一元运算符重载函数为类的成员函数（1）重载函数的定义格式：:operator(形参)函数体对典型一元运算符“+”、“”分前置与后置进行讨论。“+”为前置运算符，定义格式：:operator+()函数体“+”为后置运算符，定义格式：:operator+(int)函数体,一元运算符重载函数为类的成员函数,（2）重载函数的调用格式 前置“+”运算符，调用格式：.operator+()；后置“+”运算符，调用格式：.operator+(1)；【例11.4】定义一个描述时间计数器的类，其三个数据成员分别用于存放：时、分和秒。用成员函数重载“+”运算符，实

9、现计数器对象的加1运算。,例程,2.一元运算符重载函数为友元函数,（1）重载函数定义格式:operator(类名&对象)函数体 前置“+”运算符重载函数定义格式：:operator+(类名&)函数体 后置“+”运算符重载函数定义格式：:operator+(类名&，int)函数体 其中，int 只是用于区分是前置还是后置运算符，并无实际意义。,一元运算符重载函数为友元函数,（2）重载函数调用格式前置“+”运算符重载函数调用格式：operator+()；后置“+”运算符重载函数的调用格式：operator+(，1)；【例11.5】定义一个描述时间计数器的类，其三个数据成员分别用于存放：时、分和秒。

10、用友元函数重载“+”运算符，实现计数器对象的加1运算。【例11.6】定义描述三维空间点(x,y,z)的类，用成员函数实现空间两个点相加的“+”运算符重载，用友元函数实现空间一个点“+”运算符的重载。,例程,例程,11.2.4 字符串类运算符重载,举例说明字符串运算符重载函数的定义与调用方法，及重载后字符串运算符的使用方法。【例11.7】编写字符串运算符“=”与“+”的重载函数，使运算符“=”与“+”能完成两个字符串的赋值与拼接运算，实现字符串直接操作运算。分别用成员函数与友员函数编写重载函数。【例11.8】编写字符串运算符“”的重载函数，使运算符“”能完成两个字符串的比较运算，实现字符串直接比

11、较。分别用成员函数与友元函数编写重载函数。,例程,例程,11.3 多态性与虚函数,11.3.1 多态性技术1.多态性技术的概念（1）多态性技术：调用同名函数完成不同的函数功能，或使用同名运算符完成不同的运算功能。（2）多态性常用重载技术与虚函数来实现。（3）多态性分为两类：编译时的多态性和运行时的多态性。,多态性技术,2编译时的多态性 通过函数的重载或运算符的重载来实现的。也称静态多态性。3运行时的多态性 运行时的多态性也称为动态多态性，运行时的多态性是指在程序执行前，根据函数名和参数无法确定应该调用哪一个函数，必须在程序执行过程中，根据具体执行情况来动态地确定。运行时的多态性是通过类的继承关

12、系和虚函数来实现的。,11.3.2 虚函数,1虚函数概念 在基类中用关键字 virtual修饰的成员函数称为虚函数。2虚函数定义格式 virtual（参数）函数体,3用虚函数实现动态多态性的方法,（1）在基类中定义虚函数（2）在派生类中定义与基类虚函数同名同参数同返回类型的成员函数，即派生类中的虚函数。（3）在主函数中操作步骤：用基类定义指针变量。将基类对象地址或派生类对象地址赋给该指针变量。用（实参）；方式去调用基类或派生类中的虚函数。,用虚函数实现动态多态性举例,【例11.9】定义基类High，数据成员为高H，定义成员函数Show()为虚函数。然后再由High派生出长方体类Cuboid与圆

13、柱体类Cylinder。并在两个派生类中定义成员函数Show()为虚函数。在主函数中，用基类High定义指针变量p，然后用指针p动态调用基类与派生类中虚函数Show()，显示长方体与圆柱体的体积。关于虚函数有几点说明：（1）派生类虚函数必须与基类虚函数同名同参数同返回类型。（2）实现动态的多态性时，必须使用基类类型的指针变量，使该指针指向不同派生类的对象，并通过调用指针所指向的虚函数才能实现动态的多态性。,例程,虚函数的说明,（3）虚函数必须是类的一个成员函数，不能是友元函数，也不能是静态的成员函数。（4）若派生类中没有定义虚函数，将派生类对象地址赋给基类定义的指针变量后，用指针变量虚函数(实

14、参)；方式去调用虚函数时，调用的虚函数是基类的虚函数。（5）可将析构函数定义为虚函数，但不能将构造函数定义为虚函数。（6）虚函数与一般函数相比较，调用时执行速度要慢一些。为了实现多态性。在每一个派生类中均要保持相应虚函数的入口地址表，函数调用机制也是间接实现的。,11.3.3 纯虚函数,1.纯虚函数的概念 在定义一个基类时，若无法定义基类中虚函数的具体操作，虚函数的具体操作完全取决于其不同的派生类。这时，可将基类中的虚函数定义为纯虚函数。2.纯虚函数定义格式：virtual(形参表)=0；3.纯虚函数特点：（1）纯虚函数无函数体，在派生类中没有重新定义纯虚函数之前，不能调用该函数。（2）将函数

15、名赋值为0的含义是，将指向函数体的指针值赋初值0。,纯虚函数特点,（3）将至少包含一个纯虚函数的类称为抽象类。这种类只能作为派生类的基类，不能用来说明对象。【例11.10】定义抽象基类High，数据成员为高H，定义Show()为纯虚函数。然后再由High派生出长方体类Cuboid与圆柱体类Cylinder。并在两个派生类中重新定义虚函数Show()。在主函数中，用基类High定义指针变量p，然后用指针p动态调用派生类中虚函数Show()，显示长方体与圆柱体的体积。（4）在以抽象类作为基类的派生类中必须有纯虚函数的实现部分，即必须有重载纯虚函数的函数体。否则，这样的派生类也是不能产生对象的。,例

16、程,11.4 类与对象的特性,1.封装性2.派生与继承性3.多态性4.对象的消息机制,本章小结,1.友元 为了能在类外直接使用类的私有成员或保护成员，C+提供了友元。将普通函数定义为某类的友元函数的方法，是在该类中增加用freind修饰的普通函数原型说明：friend(形参)；此时，可在 中使用类的私有成员或保护成员。,2.运算符重载,运算符重载是指用同一运算符完成不同的运算操作。运算符重载是通过运算符重载函数来实现的。运算符重载函数分为一元运算符重载函数和二元运算符重载函数。运算符重载函数可通过成员函数或友元函数来实现。,（1）二元运算符重载函数,用成员函数重载运算符：:(形参)函数体 在执

17、行运算符操作时，编译器将对运算符的操作解释为对运算符成员重载函数的调用，并将运算符左操作数作为调用重载函数的对象，右操作数作为重载函数的实参。即重载成员函数的调用形式为：.(右操作数)；,二元运算符重载函数,用友元函数重载运算符 重载函数作为普通友元函数一般应写在类外。在类中作引用性说明：friend(形参1，形参2)函数体 在执行运算符操作时，编译器将对运算符的操作解释为对运算符友元重载函数的调用，并将运算符左、右操作数作为调用友元重载函数的实参。即重载友员函数的调用形式为：(左操作对象，右操作对象)；,（2）一元运算符重载函数,用成员函数重载“+”运算符前置+：:()后置+：:(int)用

18、友元函数重载“+”运算符前置+：friend:(类名&)后置+：friend:(类名&,int)其中形参中的int 只用于区别前置+重载函数，还是后置+重载函数，并无整型参数的含义。对于前置+成员函数，必须用this指针返回自加结果。,（3）字符串运算符重载函数,使用字符串运算符重载函数，可使字符串拷贝、拼接、比较等操作直接用字符串运算符“=”、“+”、“”、“”来进行。字符串常进行二元运算，其重载函数的定义格式与二元运算符重载函数相同。,3.多态性技术,多态性技术是指调用同名函数完成不同的函数功能，或使用同名运算符完成不同的运算功能。它常用重载函数与虚函数来实现。函数重载或运算符重载均属于编

19、译时的多态性，而虚函数则属于运行时的多态性。,4.虚函数,在基类中用关键字 virtual修饰的成员函数称为虚函数，定义格式为：virtual（参数）函数体 用虚函数实现“运行时的多态性”的方法是：在派生类中定义与基类虚函数同名同参数同返回类型的虚函数，用基类定义指针变量p，将基类或派生类对象的地址赋给p（即p=&对象）后，用p-虚函数，则可实现“运行时的多态性”。,5.纯虚函数,将函数名赋0值且无函数体的虚函数称为纯虚函数，定义格式为：virtual（参数）=0；含有纯虚函数的类称为抽象类，不能用抽象类定义对象。因为纯虚函数无函数体，所以纯虚函数不能调用，因此必须在派生类中重新定义虚函数。,

20、例11.1,#include class Cuboid private:float Length,Width,High;public:Cuboid(float l,float w,float h)/构造函数 Length=l;Width=w;High=h;friend float Volume(Cuboid/调用友元函数求体积,返回,例11.2（1）,#include class Complex private:float Real,Image;public:Complex(float r=0,float i=0)Real=r;Image=i;void Show(int i)coutci=Re

21、al+Imageiendl;Complex operator+(Complex,例11.2（2）,Complex Complex:operator+(float s)Complex t;t.Real=Real+s;t.Image=Image;return t;void main(void)Complex c1(25,50),c2(100,200),c3;c1.Show(1);c2.Show(2);c3=c1+c2;/c3=(25+50i)+(100+200i)=125+250i c3.Show(3);c1=c1+200;/c1=25+50i+200=225+50i c1.Show(1);,返回

22、,例11.3（1）,#include class Complex private:float Real,Image;public:Complex(float r=0,float i=0)Real=r;Image=i;void Show(int i)coutci=Real+Imageiendl;friend Complex operator+(Complex,例11.3（2）,Complex operator+(Complex,例11.3（3）,void main(void)Complex c1(25,50),c2(100,200),c3;c1.Show(1);c2.Show(2);c3=c1+

23、c2;/c3=(25+50i)+(100+200i)=125+250i c3.Show(3);c1=c1+200;/c1=25+50i+200=225+50i c1.Show(1);,返回,例11.4（1）,#include class TCount/定义计数器类TCount private:int Hour,Minute,Second;/数据成员时、分、秒 public:TCount(int h=0,int m=0,int s=0)/定义默认值为0的构造函数 Hour=h;Minute=m;Second=s;TCount operator+();/定义“前置+”运算符重载成员函数 TCoun

24、t operator+(int);/定义“后置+”运算符重载成员函数 void Show(int i)/定义显示时：分：秒的成员函数 coutti=Hour:Minute:Secondendl;,例11.4（2）,TCount TCount:operator+()/定义“前置+”运算符重载函数（无形参）Second+;/秒单元加1 if(Second=60)/秒单元满60，清0后分单元加1 Second=0;Minute+;if(Minute=60)/分单元满60后，清0时单元加1 Minute=0;Hour+;if(Hour=24)Hour=0;return*this;,例11.4（3）,T

25、Count TCount:operator+(int)/定义“后置+”运算符重载函数（有int）TCount temp=*this;Second+;if(Second=60)Second=0;Minute+;if(Minute=60)Minute=0;Hour+;if(Hour=24)Hour=0;return temp;,例11.4（4）,void main(void)TCount t1(10,25,50),t2,t3;/定义时间计数器对象t1=10:25:50 t1.Show(1);t2=+t1;/先加后用，即：先将t1自加，然后将t1赋给t2 t1.Show(1);t2.Show(2);

26、t3=t1+;/先用后加，即：先将t1赋给t3，然后将t1自加 t1.Show(1);t3.Show(3);,返回,例11.5（1）,#include class TCount private:int Hour,Minute,Second;public:TCount()Hour=Minute=Second=0;TCount(int h,int m,int s)Hour=h;Minute=m;Second=s;friend TCount,例11.5（2）,TCount/返回自加后的对象t,例11.5（3）,TCount operator+(TCount/返回加1前的t值,例11.5（4）,voi

27、d main(void)TCount t1(10,25,50),t2,t3;/t1=10:25:50 t1.Show(1);t2=+t1;/先加后用 t1.Show(1);t2.Show(2);t3=t1+;/先用后加 t1.Show(1);t3.Show(3);,返回,例11.6（1）,#include class ThreeD float x,y,z;public:ThreeD(float a=0,float b=0,float c=0)x=a;y=b;z=c;ThreeD operator+(ThreeD,例11.6（2）,ThreeD,例11.6（3）,void main(void)T

28、hreeD m1(25,50,100),m2(1,2,3),m3;m1.Show();+m1;m1.Show();m2+;m2.Show();m3=+m1+m2+;m3.Show();,返回,例11.7.1 用成员函数的程序设计（1）,#include#include class String/定义字符串类 private:int Length;char*Sp;public:String()/定义默认的构造函数 Sp=0;Length=0;String(const char*s)/定义有参构造函数 Length=strlen(s);Sp=new charLength+1;strcpy(Sp,s

29、);,例11.7.1 用成员函数的程序设计（2）,void Delete()/定义动态回收内存函数 if(Sp)delete Sp;void Show()/定义显示字符串函数 coutSpendl;void operator=(String,例11.7.1 用成员函数的程序设计（3）,void String:operator=(String,例11.7.1 用成员函数的程序设计（4）,void main(void)String s1(software and),s2(hardware),s3;s1.Show();s2.Show();s3=s1+s2;s3.Show();s1.Delete();

30、s2.Delete();s3.Delete();,例11.7.2 用友元函数的程序设计,将String类中“+”重载函数的原型说明改为友元函数说明如下：friend String operator+(String,返回,例11.8（1）,#include#include class String/定义字符串类 private:int Length;char*Sp;public:String(char*s)/定义有参构造函数 Length=strlen(s);Sp=new charLength+1;strcpy(Sp,s);,例11.8（2）,String()/定义析构函数 if(Sp)dele

31、te Sp;void Show()/定义显示字符串函数 cout(String,返回,例11.9（1）,#include class High protected:float H;public:High(float h)H=h;virtual void Show()/在基类中定义虚函数Show()coutHigh=Hendl;,例11.9（2）,class Cuboid:public High private:float Length,Width;public:Cuboid(float l=0,float w=0,float h=0):High(h)Length=l;Width=w;void

32、Show()/在长方体派生类中定义虚函数Show()coutLength=Lengtht;coutWidth=Widtht;coutHigh=Hn;coutCuboid Volume=Length*Width*Hendl;,例11.9（3）,class Cylinder:public High private:float R;public:Cylinder(float r=0,float h=0):High(h)R=r;void Show()/在圆柱体派生类中定义虚函数Show()coutRadius=Rt;coutHigh=Hn;coutCylinder Volume=R*R*3.1415*

33、Hendl;,例11.9（4）,void main(void)High h(10),*p;Cuboid cu(10,10,10);Cylinder cy(10,10);p=,返回,例11.10（1）,#include class High protected:float H;public:High(float h)H=h;virtual void Show()=0;/在基类中定义纯虚函数Show();,例11.10（2）,class Cuboid:public High private:float Length,Width;public:Cuboid(float l=0,float w=0,f

34、loat h=0):High(h)Length=l;Width=w;void Show()/在长方体派生类中定义虚函数Show()coutLength=Lengtht;coutWidth=Widtht;coutHigh=Hn;coutCuboid Volume=Length*Width*Hendl;,例11.10（3）,class Cylinder:public High private:float R;public:Cylinder(float r=0,float h=0):High(h)R=r;void Show()/在圆柱体派生类中定义虚函数Show()coutRadius=Rt;coutHigh=Hn;coutCylinder Volume=R*R*3.1415*Hendl;,例11.10（4）,void main(void)High*p;Cuboid cu(10,10,10);Cylinder cy(10,10);p=,返回,