C++类和对象之运算符重载解读

C++ 运算符重载

一、什么是运算符重载？

运算符重载是 C++ 的一种特性，它允许程序员为自定义类型（如类和结构体）重新定义运算符的行为。通过运算符重载，我们可以使用熟悉的运算符语法来操作自定义类型的对象，从而使代码更加简洁、直观。

当运算符被⽤于类类型的对象时，C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定类类型对象使⽤运算符时，必须转换成调⽤对应运算符重载，若没有对应的运算符重载，则会编译报错。

例如，我们可以为自定义的复数类重载 + 运算符，使得两个复数对象可以直接使用 + 进行相加：

Complex a(1, 2);
Complex b(3, 4);
Complex c = a + b; // 使用重载的 + 运算符

二、运算符重载的语法规则

在 C++ 中，运算符重载通过定义特殊的成员函数或非成员函数来实现。

其基本语法如下：

返回类型 operator运算符(参数列表) {
    // 函数体
}

其中：

• operator 是 C++ 的关键字，用于声明一个运算符重载函数。
• 运算符 是要重载的运算符，如 +, -, *, / 等。
• 返回类型 是运算符重载函数的返回值类型，通常与操作数的类型相关。
• 参数列表 是运算符重载函数的参数，参数的个数和类型取决于运算符的种类和重载方式。

注意：

• ⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义
• 重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，⽆法很好的区分。C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，⽅便区分。
• 当运算符被⽤于类类型的对象时，C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定类类型对象使⽤运算符时，必须转换成调⽤对应运算符重载，若没有对应的运算符重载，则会编译报错。
• 运算符重载是具有特殊名字的函数，他的名字是由operator和后⾯要定义的运算符共同构成。和其他函数⼀样，它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。
• 重载运算符函数的参数个数和该运算符作⽤的运算对象数量⼀样多。⼀元运算符有⼀个参数，⼆元运算符有两个参数，⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数，右侧运算对象传给第⼆个参数。
• 如果⼀个重载运算符函数是成员函数，则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数⽐运算对象少⼀个。
• 运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致。
• 不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：⽐如operator@。

重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第⼀个形参位置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调⽤时就变成了 对象<<cout，不符合使⽤习惯和可读性。

重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第⼆个形参位置当类类型对象。

成员函数重载

运算符重载函数可以作为类的成员函数来定义。在这种情况下，函数的参数个数比运算符的操作数少一个，因为第一个操作数是通过 this 指针隐式传递的。

非成员函数重载

运算符重载函数也可以作为非成员函数（全局函数或友元函数）来定义。

在这种情况下，函数的参数个数与运算符的操作数相同。

赋值运算符重载

赋值运算符重载是⼀个默认成员函数，⽤于完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值，这⾥要注意跟拷⻉构造区分，拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象。

赋值运算符重载的特点：

• 赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算重载的参数建议写成const当前类类型引⽤，否则会传值传参会有拷⻉
• 有返回值，且建议写成当前类类型引⽤，引⽤返回可以提⾼效率，有返回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景。
• 没有显式实现时，编译器会⾃动⽣成⼀个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载⾏为跟默认拷⻉构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的赋值重载函数。

拷贝构造：一个存在的对象去初始化另一个要实例化的对象； 赋值重载：已存在的两个对象之间的拷贝，注意返回值为类类型，处理连续赋值的情况

取地址运算符重载

const成员函数

• 将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后⾯。
• const实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进⾏修改。Date* const this 变为 const Date* const this

取地址运算符重载

• 取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器⾃动⽣成的就可以够我们⽤了，不需要去显⽰实现。
• 除⾮⼀些很特殊的场景，⽐如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址，就可以⾃⼰实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。

三、可重载的运算符和不可重载的运算符

可重载的运算符

C++ 中大部分运算符都可以被重载，包括：

• 算术运算符：+, -, *, /, %, ++, --
• 比较运算符：==, !=, <, >, <=, >=
• 逻辑运算符：&&, ||, !
• 位运算符：&, |, ^, ~, <<, >>
• 赋值运算符：=, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=
• 其他运算符：[], (), ->, ,, *（解引用）, &（取地址）

不可重载的运算符

C++ 中少数运算符不能被重载，包括：

• 作用域解析运算符：::
• 成员访问运算符：. 和 .*
• 条件运算符：?:
• 类型转换运算符：typeid 和 dynamic_cast 等
• 编译时运算符：sizeof

五、运算符重载的注意事项

在使用运算符重载时，需要注意以下几点：

• 遵循运算符的原有语义：运算符重载应该保持运算符原有的语义，避免造成混淆。例如，重载 + 运算符应该实现加法的语义，而不是减法。
• 不要滥用运算符重载：虽然运算符重载可以使代码更加简洁，但过度使用或滥用会使代码变得难以理解和维护。
• 保持运算符的优先级和结合性：运算符重载不能改变运算符的优先级和结合性，这是由语言规定的。
• 正确处理 const 对象：如果运算符重载函数不修改对象的状态，应该将其声明为 const 成员函数。
• 注意内存管理：在重载赋值运算符和拷贝构造函数时，需要特别注意深拷贝和浅拷贝的问题，避免内存泄漏。
• 避免创建新的运算符：C++ 不允许创建新的运算符，只能重载已有的运算符。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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