面试题：C++运算符重载三种方式之友元函数重载运算符的综合应用

Question

定义一个复数类Complex，包含实部和虚部两个double类型成员变量。请使用友元函数的方式重载C++中的减法运算符（-）和输出运算符（<<）。减法运算符实现两个复数相减并返回新的复数对象；输出运算符以 (实部, 虚部) 的格式输出复数。同时编写测试代码验证这两个重载运算符的功能。

Answer 1

#include <iostream>

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {}

    // 友元函数声明
    friend Complex operator-(const Complex& a, const Complex& b);
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c);
};

// 减法运算符重载
Complex operator-(const Complex& a, const Complex& b) {
    return Complex(a.real - b.real, a.imag - b.imag);
}

// 输出运算符重载
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c) {
    os << "(" << c.real << ", " << c.imag << ")";
    return os;
}

// 测试代码
int main() {
    Complex c1(3.0, 2.0);
    Complex c2(1.0, 4.0);

    Complex result = c1 - c2;
    std::cout << "c1 - c2 = " << result << std::endl;

    return 0;
}

1. 类定义：
   • Complex类包含两个double类型的私有成员变量real（实部）和imag（虚部）。
   • 构造函数用于初始化复数的实部和虚部，默认值为0。
2. 友元函数声明：
   • friend Complex operator-(const Complex& a, const Complex& b);声明减法运算符重载的友元函数。
   • friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c);声明输出运算符重载的友元函数。
3. 减法运算符重载：
   • operator-函数实现两个复数相减，返回一个新的Complex对象，其实部和虚部分别是两个操作数实部和虚部相减的结果。
4. 输出运算符重载：
   • operator<<函数将复数以(实部, 虚部)的格式输出到流os中，并返回该流对象。
5. 测试代码：
   • 在main函数中创建两个Complex对象c1和c2。
   • 执行c1 - c2操作并将结果存储在result中。
   • 使用重载的输出运算符输出c1 - c2的结果。