C++ 操作符重载形式——成员函数 or 友元函数

Posted 2023-01-17 恋喵大鲤鱼

操作符重载，又名运算符重载，是 C++ 多态的重要实现手段之一。通过运算符重载对运算符功能进行特殊定制，使其支持特定类型对象的运算，执行特定的功能，增强 C++ 的扩展功能。

对运算符重载，我们需要坚持四项基本原则：
（1）不可臆造运算符；
（2）运算符原有操作数的个数、优先级和结合性不能改变；
（3）操作数中至少一个是自定义类型；
（4）保持重载运算符的自然含义。

一般来说，C++ 运算符重载可采用成员函数和友元函数，二者都可以访问类的私有成员，那么该采用哪一种呢？首先看一下二者的区别。

• 当重载为成员函数时，会隐含一个 this 指针；当重载为友元函数时，不存在隐含的 this 指针，需要在参数列表中显示添加操作数。

• 当重载为成员函数时，只允许右参数的隐式转换；当重载为友元函数时，能够接受左参数和右参数的隐式转换。

如下代码：

class CString 
public:
    CString(char* str);
private:
    char* m_pStr;
;

因为 CString 的构造函数参数为一个char*，所以如果采用友元形式的operator +(const CString&, const CString&)，那么char+CString和CString+char都能正常工作；而如果采用成员函数形式CString::operator+(const CString& rhs)，则只能接受CString+char，如果执行char+CString则会编译出错。我们往往习惯CString+char和char+CString都应该被接受。需要注意的是，隐式转换由于临时变量的增加往往效率不高。如果应用程序对效率要求较高，针对以上类，建议选择定义多个运算符的友元重载版本：

CString& operator +(const CString&, const CString&);
CString& operator +(const char*, const CString&);
CString& operator +(const CString&, const char*);

一般而言，对于双目运算符，最好将其重载为友元函数；而对于单目运算符，则最好重载为成员函数。

但是也存在例外情况。有些双目运算符是不能重载为友元函数的，比如赋值运算符=、函数调用运算符()、下标运算符[]、指针运算符->等，因为这些运算符在语义上与this都有太多的关联。比如=表示“将自身赋值为…”，[]表示“自己的第几个元素”，如果将其重载为友元函数，则会出现语义上的不一致。

还有一个需要特别说明的就是输出运算符<<。因为<<的第一个操作数一定是ostream类型，所以<<只能重载为友元函数，如下：

friend ostream& operator <<(ostream& os, const Complex& c);
ostream& operator <<(ostream& os, const Complex& c) 
    os << c.m_Real << “+” << c.m_Imag << “i” << endl;
    return os;

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参考文献

李健.编写高质量代码：改善C++程序的150个建议.第一版.北京：机械工业出版社，2012.1：131-134