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運(yùn)算符重載函數(shù)

運(yùn)算符重載，就是對(duì)已有的運(yùn)算符重新進(jìn)行定義，賦予其另一種功能，簡(jiǎn)化操作讓已有的運(yùn)算符適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類型。

格式：

重載+=號(hào)運(yùn)算 ==>operator+=
重載+運(yùn)算符 ==>operator+ 
...

下面舉兩個(gè)運(yùn)算符重載例子：

1.重載+號(hào)

class Complex {
  public:
    Complex() {

    }
    double real, imag;
    Complex(double _real, double _imag):
        real(_real),imag(_imag)
    {
        cout << "real:" << real << " imag:" << imag << endl;
    }
    void print() {
        cout << "real:" << real << " imag:" << imag << endl;
    }
    Complex(const Complex& c) {
        real = c.real; imag = c.imag;
        cout << "complex copy" << endl;
    }
    //以全局函數(shù)的形式重載
    friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);

};
Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2) {
    Complex _c;
    _c.real = c1.real + c2.real;
    _c.imag = c1.imag + c2.imag;
    return _c;
}
Complex func() {
    Complex c(1.0, 2.0);
    Complex c1(2.0, 3.0);
    Complex c2 = c + c1;
    return c2;
}

void extendsTest::mainTest()
{   
    cout << func().real << endl;
};
運(yùn)行結(jié)果：
real:1 imag:2
real:2 imag:3
complex copy
complex copy
3

2.重載+=號(hào)運(yùn)算 代碼如下：

class Complex {
  public:
    ...
    //成員函數(shù)重載
    Complex& operator+=(const Complex& c);
  };

Complex & Complex::operator+=(const Complex& c1) {
    this->real += c1.real;
    this->imag += c1.imag;
    return *this;
}
Complex func() {
    Complex c(1.0, 2.0);
    Complex c1(2.0, 3.0);
    c += c1;
    return c;
}
void extendsTest::mainTest()
{   
    cout << func().real << endl;
};
運(yùn)行結(jié)果：
real:1 imag:2
real:2 imag:3
complex copy
3

運(yùn)算符重載的限制

多數(shù)C++運(yùn)算符都可以重載，重載的運(yùn)算符不必是成員函數(shù)，但必須至少有一個(gè)操作數(shù)是用戶定義的類型。

1. 重載后的運(yùn)算符必須至少有一個(gè)操作數(shù)是用戶定義的類型 ，防止用戶為標(biāo)準(zhǔn)類型重載運(yùn)算符。如：不能將減法運(yùn)算符(-)重載為計(jì)算兩個(gè) double 值的和，而不是它們的差。雖然這種限制將對(duì)創(chuàng)造性有所影響，但可以確保程序正常運(yùn)行。
1. 使用運(yùn)算符時(shí)不能違反運(yùn)算符原來的句法規(guī)則 。例如，不能將求模運(yùn)算符(%)重載成使用一個(gè)操作數(shù)：int x;Time shiva;%x;%shiva;，且不能修改運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)。
1. 不能創(chuàng)建新運(yùn)算符 。例如，不能定義operator **()函數(shù)來表示求冪。
4.不能重載下面的運(yùn)算符。

運(yùn)算符重載涉及的知識(shí)點(diǎn)還是比較多的，后期文章會(huì)單獨(dú)出一期講解。

多態(tài)

多態(tài)是指：函數(shù)調(diào)用的多種形態(tài)，使用多態(tài)可以使得不同的對(duì)象去完成同一件事時(shí)，產(chǎn)生不同的動(dòng)作和結(jié)果

C++中多態(tài)分為 靜態(tài)多態(tài)和動(dòng)態(tài)多態(tài) ：

靜態(tài)多態(tài)

靜態(tài)多態(tài)的核心思想：對(duì)于相關(guān)的對(duì)象類型，直接實(shí)現(xiàn)他們各自的定義，不需要共有基類，甚至可以沒任何關(guān)系， 只需要各個(gè)具體類的實(shí)現(xiàn)中要求相同的接口聲明，這里的接口稱之為隱式接口。客戶端把操作這些對(duì)象的函數(shù)定義為模板，當(dāng)需要操作什么類型的對(duì)象時(shí)，直接對(duì)模板指定該類型實(shí)參即可（或通過實(shí)參演繹獲得）。

在模板編程及泛型編程中，是以隱式接口和編譯器多態(tài)來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)。

代碼如下：

class Circle {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Circle draw" << endl;
    }
    int z;
};
class Rectangle {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Rectangle draw" << endl;
    }
};
template<typename T>
void test(const T& t) {
    t.Draw();
}
void extendsTest::mainTest()
{   
    //cout << func().real << endl;
    Circle cir;
    test(cir);
    Rectangle rec;
    test(rec);
};

打印結(jié)果：
Circle draw
Rectangle draw

靜態(tài)多態(tài)本質(zhì)上就是模板的具現(xiàn)化， 靜態(tài)多態(tài)中的接口調(diào)用也叫做隱式接口 ，相對(duì)于顯示接口由函數(shù)的簽名式（也就是函數(shù)名稱、參數(shù)類型、返回類型）構(gòu)成，隱式接口通常由有效表達(dá)式組成

動(dòng)態(tài)多態(tài)

動(dòng)態(tài)多態(tài)核心思想：對(duì)于相關(guān)的對(duì)象類型，確定它們之間的一個(gè)共同功能集，然后在基類中， 把這些共同的功能聲明為多個(gè)公共的虛函數(shù)接口。各個(gè)子類重寫這些虛函數(shù)， 以完成具體的功能?？蛻舳说拇a（操作函數(shù)）通過指向基類的引用或指針來操作這些對(duì)象， 對(duì)虛函數(shù)的調(diào)用會(huì)自動(dòng)綁定到實(shí)際提供的子類對(duì)象上去。

動(dòng)態(tài)多態(tài)是在運(yùn)行期完成的，這造就了動(dòng)態(tài)多態(tài)機(jī)制在處理異質(zhì)對(duì)象集合時(shí)的強(qiáng)大威力（當(dāng)然，也有了一點(diǎn)點(diǎn)性能損失）。

如下代碼：

class Geometry {
public:
    virtual void Draw() const=0;
};
class Circle :public Geometry{
public:
    void Draw() const{
        cout << "Circle draw" << endl;
    }
    int z;
};
class Rectangle :public Geometry {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Rectangle draw" << endl;
    }
};
void extendsTest::mainTest()
{   
    Circle cir;
    const Geometry* e1 = ○
    e1->Draw();
    Rectangle rec;
    const Geometry* e2 = &rec;
    e2->Draw();

};
打印結(jié)果：
Circle draw
Rectangle draw

//動(dòng)態(tài)多態(tài)最吸引人之處在于處理異質(zhì)對(duì)象集合的能力

void DrawVec(std::vector
    {
        const size_t size = vecGeo.size();
        for(size_t i = 0; i < size; ++i)
            vecGeo[i]->Draw();
    }
}

動(dòng)態(tài)多態(tài)本質(zhì)上就是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中的繼承、多態(tài)的概念。動(dòng)態(tài)多態(tài)中的接口是顯式接口（虛函數(shù)）

動(dòng)態(tài)多態(tài)構(gòu)成條件 ：

1.必須通過基類的指針或者引用調(diào)用虛函數(shù)。
2.被調(diào)用的函數(shù)必須是虛函數(shù)，且子類必須對(duì)父類的虛函數(shù)進(jìn)行重寫。

動(dòng)態(tài)多態(tài)實(shí)現(xiàn)原理:虛函數(shù)表

class Geometry {
public:
    virtual void Draw() const=0;
};
class Circle :public Geometry{
public:
    void Draw() const{
        cout << "Circle draw" << endl;
    }
    int z;
};
class Rectangle :public Geometry {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Rectangle draw" << endl;
    }
};
void extendsTest::mainTest()
{   
    Circle cir;
    const Geometry* e1 = ○
    e1->Draw();

};

Circle對(duì)象中除了z成員變量外，實(shí)際上還有一個(gè)指針_vfptr放在對(duì)象的前面（有些平臺(tái)可能會(huì)放到對(duì)象的最后面，這個(gè)跟平臺(tái)有關(guān)）.

對(duì)象中的這個(gè)指針叫做虛函數(shù)表指針，簡(jiǎn)稱虛表指針，虛表指針指向一個(gè)虛函數(shù)表，簡(jiǎn)稱虛表，每一個(gè)含有虛函數(shù)的類中都至少有一個(gè)虛表指針。

#include 
using namespace std;
//父類
class Base
{
public:
    //虛函數(shù)
    virtual void Func1()
    {
        cout << "Base::Func1()" << endl;
    }
    //虛函數(shù)
    virtual void Func2()
    {
        cout << "Base::Func2()" << endl;
    }
    //普通成員函數(shù)
    void Func3()
    {
        cout << "Base::Func3()" << endl;
    }
private:
    int _b = 1;
};
//子類
class Derive : public Base
{
public:
    //重寫虛函數(shù)Func1
    virtual void Func1()
    {
        cout << "Derive::Func1()" << endl;
    }
private:
    int _d = 2;
};
int main()
{
    Base b;
    Derive d;
    return 0;
}

虛表當(dāng)中存儲(chǔ)的就是虛函數(shù)的地址，因?yàn)楦割惍?dāng)中的Func1和Func2都是虛函數(shù)，所以父類對(duì)象b的虛表當(dāng)中存儲(chǔ)的就是虛函數(shù)Func1和Func2的地址。而子類雖然繼承了父類的虛函數(shù)Func1和Func2，但是子類對(duì)父類的虛函數(shù)Func1進(jìn)行了重寫，因此，子類對(duì)象d的虛表當(dāng)中存儲(chǔ)的是父類的虛函數(shù)Func2的地址和重寫的Func1的地址。

這就是為什么虛函數(shù)的重寫也叫做覆蓋，覆蓋就是指虛表中虛函數(shù)地址的覆蓋，重寫是語法的叫法，覆蓋是原理層的叫法。

虛函數(shù)表本質(zhì)是一個(gè)存虛函數(shù)指針的指針數(shù)組，一般情況下會(huì)在這個(gè)數(shù)組最后放一個(gè)nullptr。

當(dāng)滿足多態(tài)條件以后，父類的指針或引用調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，不是編譯時(shí)確定的，而是運(yùn)行時(shí)到指向的對(duì)象中的虛表中去找對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)調(diào)用，并且引用的底層也是由指針實(shí)現(xiàn)，父類在指向子類時(shí)會(huì)發(fā)生切片。 所以指針指向父類的對(duì)象，調(diào)用的就是父類的虛函數(shù)，指向的是子類對(duì)象，調(diào)用的就是子類的虛函數(shù)。

動(dòng)態(tài)多態(tài)和靜態(tài)多態(tài)的比較

靜態(tài)多態(tài)優(yōu)點(diǎn)：

靜態(tài)多態(tài)是在編譯期完成，因此效率高，編譯器可以進(jìn)行優(yōu)化。有很強(qiáng)的是適配性和松耦合性。最重要一點(diǎn) 通過模板編程為C++帶來了泛型設(shè)計(jì)的概念 ，比如強(qiáng)大的STL庫

靜態(tài)多態(tài)缺點(diǎn)：

由于是模板來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)，因此 模板的不足也就是靜多態(tài)的劣勢(shì) ，比如調(diào)試?yán)щy、編譯耗時(shí)、代碼膨脹、編譯器支持的兼容性，不能夠處理異質(zhì)對(duì)象集合。

動(dòng)態(tài)多態(tài)優(yōu)點(diǎn):

OO設(shè)計(jì)，對(duì)是客觀世界的直覺認(rèn)識(shí)；

實(shí)現(xiàn)與接口分離，可復(fù)用；

處理同一繼承體系下異質(zhì)對(duì)象集合的強(qiáng)大威力 ；

動(dòng)態(tài)多態(tài)缺點(diǎn)：

運(yùn)行期綁定，導(dǎo)致一定程度的運(yùn)行時(shí)開銷 ；

編譯器無法對(duì)虛函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；

笨重的類繼承體系，對(duì)接口的修改影響整個(gè)類層次；

不同點(diǎn)：

本質(zhì)不同，靜態(tài)多態(tài)在編譯期決定，由模板具現(xiàn)完成，而動(dòng)態(tài)多態(tài)在運(yùn)行期決定，由繼承、虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)；

動(dòng)態(tài)多態(tài)中接口是顯式的，以函數(shù)簽名為中心，多態(tài)通過虛函數(shù)在運(yùn)行期實(shí)現(xiàn)，靜態(tài)多臺(tái)中接口是隱式的，以有效表達(dá)式為中心，多態(tài)通過模板具現(xiàn)在編譯期完成。

相同點(diǎn)：

都能夠?qū)崿F(xiàn)多態(tài)性，靜態(tài)多態(tài)/編譯期多態(tài)、動(dòng)態(tài)多態(tài)/運(yùn)行期多態(tài)；

都能夠使接口和實(shí)現(xiàn)相分離，一個(gè)是模板定義接口，類型參數(shù)定義實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是基類虛函數(shù)定義接口，繼承類負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)；

總結(jié)

本篇文章詳解講解了C++中的面向?qū)ο缶幊痰娜筇匦裕?strong>封裝，繼承以及多態(tài) 以及對(duì)象編程中模板編程，虛函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)，拷貝構(gòu)造，操作符重載等知識(shí) ，知識(shí)點(diǎn)還是比較多的，需要好好消化下。

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