Chapter 11使用类
本章内容包括：
- 运算符重载
- 友元函数
- 重载<<运算符，以便用于输出
- 状态成员
- 使用rand()生成随机值
- 类的自动转换和强制类型转换
- 类转换函数
11.1 运算符重载
运算符重载时一种形式的C++多态。
为了实现运算符重载，需要使用被称为运算符函数的特殊函数形式。运算符函数的格式如下：
operator op(argument-list)
op必须是有效的C++运算符，不能虚构一个符号。
11.2 计算时间：一个运算符重载示例
运算符重载operator+()之后，由于+是从左向右结合的。
t4 = t1 + t2 + t3 -> t4 = t1.operator+(t2 + t3) ->
t4 = t1.operator+(t2.operator+(t3))因此可以计算。
11.2.1 重载限制
以下是关于重载运算符的限制：
- 重载后的运算符必须至少有一个操作数是用户定义的类型，防止用户为标准类型重载运算符。例如不能用运算符-重载为计算两个double值的和。
- 使用运算符时不能违反运算符原来的句法规则。不能修改运算符的优先级
- 不能创建新的运算符。
- 不能重载下面的运算符。
sizeof.:成员运算符.*:成员指针运算符:::作用域解析运算符?::条件运算符typeid:一个RTTI运算符const_cast:强制类型转换运算符dynamic_cast:强制类型转换运算符reinterpret_cast:强制类型转换运算符static_cast:强制类型转换运算符
- 下表中的大多是运算符都可以通过成员函数或非成员函数进行重载，但下面的运算符只能通过成员函数进行重载。
=赋值运算符()函数调用运算符[]下标运算符->通过指针访问类成员的运算符
可重载的运算符
| + | - | * | / | % | ^ |
|---|---|---|---|---|---|
| & | | | ~= | ! | = | < |
| > | += | -= | *= | /= | %= |
| ^= | &= | |= | << | >> | >>= |
| <<= | == | != | <= | >= | && |
| || | ++ | -- | , | ->* | -> |
| () | [] | new | delete | new[] | delete[] |
11.3 友元
C++控制对类私有成员的访问，通常公有类方法是唯一的访问途径，但有时候这种限制太严格，以至于不适合特定的编程问题。C++提供可另一种形式的访问权限：友元。友元有三种：
- 友元函数
- 友元类
- 友元成员函数
友元函数给运算符重载提供了非成员函数访问类数据的方式。
11.3.1 创建友元
- 将其原型放在类声明中，在原型声明前加关键字friend：有两点含义
- 友元函数在类中声明，但不是成员函数，因此不能使用成员运算符来调用；
- 友元函数不是成员函数，但有相同的访问权限
- 编写函数定义
友员函数是拓展接口的组成部分。
如果要为类重载运算符，并将非类的项作为第一个操作数，则可以用友元函数来反转操作数的顺序。
11.3.2 常用的友元：重载<<运算符
一个很有用的类特性是可以对"<<"运算符进行重载，使之能够与cout一起来显示对象的内容。
重载该运算符使用的是输出类的友元函数，不是系统流类的友元函数。
需要注意的是该友元函数为了实现输出需要返回对象的引用，例：
friend std::ostream & operator<<(ostream & os, const class & c);
11.4 重载运算符：作为成员函数还是非成员函数
对于成员函数版本来说，一个操作数通过this指针隐式的传递，另一个操作数作为函数参数的形式显示的传递。对于友元版本来说，两个操作数都作为参数传递。
一些运算符只能作为成员函数重载，其他的视情况而定。
11.5 再谈重载：一个矢量类
11.5.1 使用状态成员
枚举变量RECT、POL被称为状态成员，其描述对象所处的状态。
多种表示方式和类
类非常适合于在一个对象中表示实体的不同方面。有两种表示方法，第一种方法，存储多种表示方式：具体分以下几步：
- 在一个对象中存储多种表示方式；
- 编写类函数，以便给一种表示方式赋值时，将自动给其他方式赋值。
第二种方法存储一种表示方式，使用方法来提供其他表示方式。
通过内部处理转换，类允许从本质上看待一个量。
11.5.2 为Vector重载算数运算符
如果方法通过计算得到一个新的类对象，则应考虑是否可以通过类构造函数完成这种工作，可以避免麻烦，同时确保新对象按照正确的方式创建。
运算符-有一元版本和二元版本，运算符/只有二元形式。
11.5.3 对实现的说明
将接口与实现分离式OOP的目标，允许对实现进行调整，而无需修改使用这个类的程序中的代码。
两种实现方式对应不同的情况。
11.5.4 使用Vector类来模拟随机漫步
rand()函数，返回一个从0到某个值的随机整数。
srand()函数允许覆盖默认的种子值，重新找一个随机数序列。
time(0)函数返回当前时间，通常为从某一个日期开始的秒数。
11.6 类的自动转换和强制类型转换
可以将类定义成与基本类型或者另一个类相关，使得从一种类型转换为另一种类型是有意义的。
类使用构造函数进行隐式转换，该构造函数作为转换函数。例：
Stonewt myCat; myCat = 19.6;
有两个参数的构造函数如果第二个参数有默认值，则可以作为构造函数。
如果不希望进行这种类型变换，可以用关键字explicit，例：
explicit Stonewt(double lbs);
在用explicit限定了构造函数之后，该构造函数只能用于显式强制类型转换。
下面的情况会用于隐式转换：
- 将Stonewt对象初始化为double值时
- 将double值赋给Stonewt对象时
- 将double传递给接受Stonewt参数的函数时
- 返回值被声明为Stonewt的函数试图返回double值时
- 在上述任意一种情况下，使用可转换为double类型的内置类型时
当且仅当转换不存在二义性时，才会进行这种二步转换。
11.6.1 转换函数
将Stonewt对象转换为double值。
构造函数可以实现某种类型到类类型的转换；
相反的转换需要使用特殊的C++运算符函数——转换函数。operator typeName();
创建转换函数，需要注意以下几点：
- 转换函数必须是类方法；
- 转换函数不能指定返回类型；
- 转换函数不能有参数。
typeName指出了要转换的类型，因此不需要指定返回类型。
自动应用类型转换
不存在二义性时，可以使用cout输出类，不需要定义。
用户不希望进行转换时，转换函数也可能进行转换。使用explicit可以取消这种自动类型转换。
除了使用explicit限定符，也可以用一个功能相同的非转换函数替换为该转换函数。
应谨慎的使用隐式转换函数，最好选择仅在被显示地调用时才会执行的函数。
C++为类提供下面的类型转换：
- 只有一个参数的类构造函数用于将 类型与该参数相同的值 转换为 类 类型。在构造函数中声明explicit可以防止隐式转换，只允许显示转换。
- 被称为转换函数的特殊类成员运算符函数，用于将类对象转换为其他类型。
11.6.2 转换函数和友元函数
实现加法时的选择
将double量和Stonerwt量相加，有两种选择：
- 第一种方法将+函数定义为友元函数，构造函数将double隐式转换成Stonewt类型的参数。
- 第二种方法时将运算符+重载为一个显式使用double类型参数的函数。
第一种方法，程序更简短，定义的函数较少；缺点是调用转换函数将增加时间和内存开销。
第二种方法，程序较长，运行速度较快。
11.7 复习题
1.使用成员函数为Stonewt类重载乘法运算符，该运算符将数据成员与double类型的值相乘，注意，用英石和磅表示，需要进位。也就是说，将10英石8磅乘以2等于21英石2磅。
Stonewt operator*(double n);
Stonewt Stonewt::operator*(double n)
{
Stone multi;
multi.pounds = pounds * n;
multi.stone = int(multi.pounds) / Lbs_per_stn;
multi.pds_left = int(multi.pounds) % Lbs_per_stn + multi.pounds - int(multi.pounds)
return multi;
}
2. 友元函数和成员函数的区别是什么？
友元函数是类方法之外的函数，使用时不需要使用类作用域运算符，成员函数是类方法，使用时需要对象和类作用域运算符。
成员函数是类定义的一部分，通过特定的对象来调用。成员函数可以隐式的访问调用对象的成员，而无需使用成员运算符。
友元函数不是类的组成部分，因此被称为直接函数调用。友元函数不能隐式的访问类的成员，而必须将成员运算符用于参数传递的对象。
3. 非成员函数必须是友元才能访问类成员吗？
非成员函数必须是友元才可以访问类的私有成员。
4. 使用友元函数为Stonewt类重载乘法运算符，该运算符将double值与Stonewt值相乘。
friend Stonewt operator*(double n, const Stonewt & st);
Stonewt operator*(double n, const Stonewt & st)
{
return st * n;
}
5. 哪些运算符不能重载？
- sizeof
- .
- .*
- ::
- ?:
- 在重载运算符=、()、[]和->时，有什么限制？
必须作为成员函数重载。 - 为Vector类定义一个转换函数，将Vector类转换为一个double类型的值，后者表示矢量的长度。
operator double() const;
Vecotr::operator double() const
{
return mag;
}
