C++提供类型转换函数(type conversion function)来解决这个问题。类型转换函数的作用是将一个类的对象转换成另一类型的数据。 如果已声明了一个Complex类,可以在Complex类中这样定义类型转换函数:
operator double( )
{
return real;
}
类型转换函数的一般形式为
operator 类型名( )
{
实现转换的语句
}
在函数名前面不能指定函数类型,函数没有参数。其返回值的类型是由函数名中指定的类型名来确定的。类型转换函数只能作为成员函数,因为转换的主体是本类的对象。不能作为友元函数或普通函数。
从函数形式可以看到,它与运算符重载函数相似,都是用关键字operator开头,只是被重载的是类型名。double类型经过重载后,除了原有的含义外,还获得新的含义(将一个Complex类对象转换为double类型数据,并指定了转换方法)。这样,编译系统不仅能识别原有的double型数据,而且还会把Complex类对象作为double型数据处理。
那么程序中的Complex类对具有双重身份,既是Complex类对象,又可作为double类型数据。Complex类对象只有在需要时才进行转换,要根据表达式的上下文来决定。 转换构造函数和类型转换运算符有一个共同的功能: 当需要的时候,编译系统会自动调用这些函数,建立一个无名的临时对象(或临时变量)。
例1 使用类型转换函数的简单例子。
#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
public:
Complex( ){
cout<<"Complex( )"<<endl;
real=0;
imag=0;
}
Complex(double r,double i){
cout<<"Complex(double r,double i)"<<endl;
real=r;
imag=i;
}
operator double( ) {
cout<<"operator double( )"<<endl;
return real;
} //类型转换函数
private:double real;
double imag;
};
int main( )
{
Complex c1(1,2),c2(3,-1),c3;
double d;
//根据上下文,系统自动将一个double类型的数据与Complex类的对象相加
cout<<d<<endl;
return 0;
}
程序结果:
Complex(double r,double i) // 定义变量C1
Complex(double r,double i) // 定义变量C2
Complex( ) // 定义变量C1
operator double( ) //d=12.5+c1; 根据上下文自动调用函数operator double
13.5
完整的函数名称
Complex::operator double() //注意中间有个空格
- 如果在Complex类中没有定义类型转换函数operator double,程序编译将出错。
- 如果在main函数中加一个语句:
c3=c2;
由于赋值号两侧都是同一类的数据,是可以合法进行赋值的,没有必要把c2转换为double型数据。 - 如果在Complex类中声明了重载运算符“+”函数作为友元函数:
Complex operator+ (Complex c1,Complex c2)//定义运算符“+”重载函数
{
return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.imag);
}
若在main函数中有语句
c3=c1+c2;
由于已对运算符“+”重载,使之能用于两个Complex类对象的相加,因此将c1和c2按Complex类对象处理,相加后赋值给同类对象c3。如果改为
d=c1+c2; //d为double型变量
将c1与c2两个类对象相加,得到一个临时的Complex类对象(系统调用自动构造函数Complex(double r,double i)创建一个临时变量),由于它不能赋值给double型变量,而又有对double的重载函数,于是调用此函数,把临时类对象转换为double数据,然后赋给d。
例2:
#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
public:
Complex( ){
cout<<"Complex( )"<<endl;
real=0;
imag=0;
}
Complex(double r,double i){
cout<<"Complex(double r,double i)"<<endl;
real=r;
imag=i;
}
//类型转换函数
operator double( ) {
cout<<"operator double( )"<<endl;
return real;
}
private:
double real;
double imag;
};
int main( )
{
Complex c1(1,2),c2(3,-1),c3;
double d;
//根据上下文,系统自动将一个double类型的数据与Complex类的对象相加
d=12.5+c1;
cout<<d<<endl;
c1+c2; //由于没有重载operator+运算符,所以会更加上下文调用两次operator double( ) 函数 d=c1+c2;也是调用2次
return 0;
}
输出结果:
Complex(double r,double i)Complex(double r,double i)
Complex( )
operator double( )
13.5
operator double( )
operator double( )
例2解析:c1+c2表达式导致系统根据上下文自动调用operator double( ) 函数两次,c1和c2分别调用函数operator double( ) ,进行类别转换
例3:
稍微修改一下例2的代码:添加一个友元运算符函数
#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
public:
Complex( ){
cout<<"Complex( )"<<endl;
real=0;
imag=0;
}
Complex(double r,double i){
cout<<"Complex(double r,double i)"<<endl;
real=r;
imag=i;
}
//类型转换函数
operator double( ) {
cout<<"operator double( )"<<endl;
return real;
}
friend Complex operator + (Complex c1,Complex c2); //重载运算符“+”的友元函数
private:
double real;
double imag;
};
//友元函数的方式实现对象的加法操作,所以return一个Complex 对象
Complex operator + (Complex c1,Complex c2)//定义运算符“+”重载函数
{
cout<<"operator + (Complex c1,Complex c2)"<<endl;
return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.imag);
}
int main( )
{
Complex c1(1,2),c2(3,-1),c3;
double d;
//根据上下文,系统自动将一个double类型的数据与Complex类的对象相加
d=12.5+c1;
cout<<d<<endl;
d=c1+c2;
return 0;
}
运行结果:
Complex(double r,double i)
Complex(double r,double i)
Complex( )
operator double( )
13.5
operator + (Complex c1,Complex c2) //c1+c2 调用运算符重载函数
Complex(double r,double i) // 调用return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.imag);
operator double( ) //d= 导致调用operator double( ) 函数
假如程序中需要对一个Complex类对象和一个double型变量进行+,-,*,/等算术运算,以及关系运算和逻辑运算,如果不用类型转换函数,就要对多种运算符进行重载,以便能进行各种运算。这样,是十分麻烦的,工作量较大,程序显得冗长。如果用类型转换函数对double进行重载(使Complex类对象转换为double型数据),就不必对各种运算符进行重载,因为Complex类对象可以被自动地转换为double型数据,而标准类型的数据的运算,是可以使用系统提供的各种运算符的。
例4 包含转换构造函数、运算符重载函数和类型转换函数的程序。
先阅读以下程序,在这个程序中只包含转换构造函数和运算符重载函数。
#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
public:
//默认构造函数
Complex( ){
cout<<"Complex( )"<<endl;
real=0;
imag=0;
}
//转换构造函数
Complex(double r){
cout<<"Complex(double r)"<<endl;
real=r;
imag=0;
}
//实现初始化的构造函数
Complex(double r,double i){
cout<<" Complex(double r,double i)"<<endl;
real=r;
imag=i;
}
//重载运算符“+”的友元函数
friend Complex operator + (Complex c1,Complex c2);
void display( );
private:
double real;
double imag;
};
//定义运算符“+”重载函数
Complex operator + (Complex c1,Complex c2)
{
cout<<"operator + (Complex c1,Complex c2)"<<endl;
return Complex(c1.real+c2.real, c1.imag+c2.imag);//调用Complex(double r,double i)函数创建一个对象
}
void Complex::display( )
{
cout<<"("<<real<<","<<imag<<"i)"<<endl;
}
int main( )
{
Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;
cout<<endl<<endl;
c3=c1+2.5; //复数与double数据相加
c3.display( );
return 0;
}
程序运行结果:
Complex(double r,double i)
Complex(double r,double i)
Complex( )
Complex(double r) //将2.5调用转换构造函数转为对象
operator + (Complex c1,Complex c2)//调用operator +完成运算操作
Complex(double r,double i) //函数中operator + 的最后一行代码调用的构造函数
(5.5,4i)
- 如果没有定义转换构造函数,则此程序编译出错。
- 现在,在类Complex中定义了转换构造函数,并具体规定了怎样构成一个复数。由于已重载了算符“+”,在处理表达式c1+2.5时,编译系统把它解释为
operator+(c1,2.5)
由于2.5不是Complex类对象,系统先调用转换构造函数Complex(2.5),建立一个临时的Complex类对象,其值为(2.5+0i)。上面的函数调用相当于
operator+(c1,Complex(2.5))
将c1与(2.5+0i) 相加,赋给c3。运行结果为
(5.5+4i) - 如果把“c3=c1+2.5;”改为c3=2.5+c1; 程序可以通过编译和正常运行。过程与前相同。
从中得到一个重要结论: 在已定义了相应的转换构造函数情况下,将运算符“+”函数重载为友元函数,在进行两个复数相加时,可以用交换律。
如果运算符函数重载为成员函数,它的第一个参数必须是本类的对象。当第一个操作数不是类对象时,不能将运算符函数重载为成员函数。如果将运算符“+”函数重载为类的成员函数,交换律不适用。
由于这个原因,一般情况下将双目运算符函数重载为友元函数。单目运算符则多重载为成员函数。 - 如果一定要将运算符函数重载为成员函数,而第一个操作数又不是类对象时,只有一个办法能够解决,再重载一个运算符“+”函数,其第一个参数为double型。当然此函数只能是友元函数,函数原型为
friend operator+(double,Complex &);
显然这样做不太方便,还是将双目运算符函数重载为友元函数方便些。 - 在上面程序的基础上增加类型转换函数:
operator double( ){return real;}
此时Complex类的公用部分为
public:
Complex( ){real=0;imag=0;}
Complex(double r){real=r;imag=0;} //转换构造函数
Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
operator double( ){return real;}//类型转换函数
friend Complex operator+ (Complex c1,Complex c2); //重载运算符“+”
void display( );
其余部分不变。程序在编译时出错,原因是出现二义性。
1. c1.Complex::operator double( ) + 2.5
2. operator+(c1,Complex(2.5))
error: ambiguous overload for ‘operator+’ in ‘c1 + 2.5e+0’ 此行代码导致产生了二义性
note: candidates are:operator+(double, double)<built-in> 编译器内置的功能 + 运算,两个都是double
note: Complex operator+(Complex, Complex) 自定义的加法 运算,两个都是Complex类型