C++友元和运算符重载

1.1 概念

定义：

        类实现了数据的隐藏与封装，类的数据成员一般定义为私有成员，仅能通过类的成员函数才能读写。如果数据成员定义为公共的，则又破坏了封装性。但是某些情况下，需要频繁读写类的成员，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递、类型检查和安全性检查等都需要时间开销，而影响程序的运行效率。

        友元是一种定义在类外部的普通函数，但他需要在类体内进行说明，为了和该类的成员函数加以区别，在说明时前面加以关键字friend。友元不是成员函数，但是他能够访问类中的所有成员。

作用：

        在于提高程序的运行效率，但是，他破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数能够访问类的私有成员。导致程序维护性变差，因此使用友元要慎用。

友元较为实际的应用是在运算符重载，这种应用可以提高软件系统的灵活性。

分类：

● 友元函数

● 友元类

● 友元成员函数

1.2 友元函数

#include <iostream>using namespace std;class Girl
{
private:int age;public:Girl(int age):age(age){}int get_age() const{cout << &age << endl;return 18;}// 1. "声明"友元函数friend void access_true_age(Girl&);
};// 2. 定义友元函数
void access_true_age(Girl& g)
{// 突破权限cout << &g.age << endl;cout << "真实年龄：" << g.age << endl;// 修改g.age = 18;cout << "修改后年龄:" << g.age << endl;
}int main()
{Girl g(45);cout << g.get_age() << endl;// 通过友元函数访问Girl的年龄access_true_age(g);return 0;
}

#include <iostream>using namespace std;class A
{
private:string str = "A私有";// “声明”友元类friend class B;
};class B
{
public:void func(A& a){
//        cout << this->str << endl; 错误：this是B对象不是A对象cout << a.str << endl;a.str =  "我改了";cout << a.str << endl;}
};int main()
{A a;
//    cout << a.str << endl; 错误B b;b.func(a);return 0;
}

1.4 友元成员函数

#include <iostream>using namespace std;// 3. 因为第二步中用到了类A，提前声明类A
class A;// 2. 编写类B，并真正声明友元成员函数
class B
{
public:void func(A&);
};class A
{
private:string str = "A私有";// 1. 确定友元的函数格式并“声明”friend void B::func(A&);
};// 4. 类外定义友元成员函数
void B::func(A & a)
{//  cout << this->str << endl; 错误：this是B对象不是A对象cout << a.str << endl;a.str =  "我改了";cout << a.str << endl;
}int main()
{A a;//    cout << a.str << endl; 错误B b;b.func(a);return 0;
}

二. 运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;class MyInt
{
private:int a;
public:MyInt(int a):a(a){}int get_int(){return a;}// + 运算符重载friend MyInt operator +(MyInt &i,MyInt &i2);friend MyInt operator ++(MyInt &i); // 前置自增friend MyInt operator ++(MyInt &i, int);    // 后置自增
};// 友元函数 实现
MyInt operator +(MyInt &i,MyInt &i2)
{// int → MyInt 触发构造函数隐式调用return i.a + i2.a;
}// 前置自增
MyInt operator ++(MyInt &i)
{return ++i.a;
}// 后置自增
MyInt operator ++(MyInt &i, int)
{return i.a++;
}int main()
{MyInt int1(2);MyInt int2(int1);   // 拷贝构造函数MyInt int3 = int1 + int2;cout << (int3++).get_int() << endl; // 4cout << int3.get_int() << endl; // 5return 0;
}

2.3 成员函数运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;class MyInt
{
private:int a;
public:MyInt(int a):a(a){}int get_int(){return a;}MyInt operator +(MyInt &i2);MyInt operator ++();MyInt operator ++(int);
};// 成员函数 类外实现
MyInt MyInt::operator +(MyInt &i2)
{// int → MyInt 触发构造函数隐式调用return this->a + i2.a;
}// 前置自增
MyInt MyInt::operator ++()
{return ++this->a;
}// 后置自增
MyInt MyInt::operator ++(int)
{return this->a++;
}int main()
{MyInt int1(2);MyInt int2(int1);   // 拷贝构造函数MyInt int3 = int1 + int2;cout << (++int3).get_int() << endl;cout << int3.get_int() << endl;return 0;
}

2.4 特殊运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;class MyInt
{
private:int a;
public:MyInt(int a):a(a){}int get_int(){return a;}// 编译器会自动添加赋值运算符重载函数MyInt & operator =(MyInt &i){cout << "赋值运算符被调用了" << endl;    // 编译器自动添加的赋值运算符重载函数不会打印这句话this->a = i.a;return *this;}
};int main()
{MyInt int1(2);MyInt int4(3);cout << int4.get_int() << endl;int4 = int1;    // 赋值运算符重载cout << int4.get_int() << endl;return 0;
}

2.4.2 类型转换运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;class MyInt
{
private:int a;string str = "hello";
public:MyInt(int a):a(a){}int get_int(){return a;}// 编译器会自动添加赋值运算符重载函数MyInt & operator =(MyInt &i){cout << "赋值运算符被调用了" << endl;    // 编译器自动添加的赋值运算符重载函数不会打印这句话this->a = i.a;return *this;}// 类型转换运算符重载operator int(){return a;}operator string(){return str;}
};int main()
{MyInt int1(2);int a = int1;string str = int1;cout << a << endl;cout << str << endl;return 0;
}

2.5 注意事项

#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;int main()
{string s;   // 创建一个空字符串// 判断是否为空cout << s.empty() << endl;  // 1// 隐式调用构造函数string s1 = "hello";cout << s1 << endl; // hello// 显式调用构造函数，等同于上面写法string s2("world");cout << s2 << endl;// ==、!=、<、> 都是判断编码cout << (s1 == s2) << endl; // 0cout << (s1 != s2) << endl; // 1cout << (s1 > s2) << endl;  // 0cout << (s1 < s2) << endl;  // 1// 拷贝构造函数string s3(s2);  // string s3 = s2;cout << s3 << endl;// 参数1：char *源字符串// 参数2：保留的字符数string s4("ABCDEFG",3);cout << s4 << endl; // ABC// 参数1：std::string 源字符串// 参数2：不保留的字符数string s5(s2,3);cout << s5 << endl; // ld// 参数1：字符的数量// 参数2：字符的内容charstring s6(5,'a');cout << s6 << endl; // aaaaa// 交换cout << "原s5=" << s5 << " " << "原s6=" << s6 << endl;    // 原s5=ld 原s6=aaaaaswap(s5,s6);cout << "s5=" << s5 << " " << "s6=" << s6 << endl;  // s5=aaaaa s6=ld// 字符串拼接、连接string s7 = s5 + s6;cout << s7 << endl; // aaaaald// 向后追加字符串s7.append("jiajia");cout << s7 << endl; // aaaaaldjiajia// 向后追加单字符s7.push_back('s');cout << s7 << endl; // aaaaaldjiajias// 插入// 参数1：插入的位置// 参数2：插入的内容s7.insert(1,"234");cout << s7 << endl; // a234aaaaldjiajias// 删除字符串// 参数1：起始位置// 参数2：删除的字符数量s7.erase(2,5);cout << s7 << endl; // a2aldjiajias// 替换// 参数1：起始位置// 参数2：被替换的字符数// 参数3：替换的新内容s7.replace(0,3,"***");cout << s7 << endl; // ***ldjiajias// 清空s7.clear();cout << s7.length() << endl;    // 0// 直接赋值初始化（隐式调用构造函数）string s8 = "hahaha";cout << s8 << endl;// 重新赋值s8 = "ABCDEFGH";cout << s8 << endl; // ABCDEFGH// 参数1：拷贝的目标// 参数2：拷贝的字符数量// 参数3：拷贝的起始位置char arr[20] = {0};s8.copy(arr,6,1);cout << arr << endl;    // BCDEFG// C++string 到 c string 用到了C语言的strcpy// c_str C++的字符串转换成C语言的字符数组// c_str返回值类型是一个const char*char c[20] = {0};strcpy(c,s8.c_str());cout << c <<endl;   // ABCDEFGHreturn 0;
}