C++学习26 运算符重载的概念和语法

Posted 2020-08-05 白宫飘红旗

所谓重载，就是赋予新的含义。函数重载（Function Overloading）可以让一个函数名有多种功能，在不同情况下进行不同的操作。运算符重载（Operator Overloading）也是一个道理，同一个运算符可以有不同的功能。

实际上，我们已经在不知不觉中使用了运算符重载。例如，"+"号可以对不同类型（int、float 等）的数据进行加法操作；"<<"既是位移运算符，又可以配合 cout 向控制台输出数据。C++已经对这些运算符进行了重载。

C++ 也允许程序员自己重载运算符，这给我们带来了很大的便利。

下面的代码定义了一个复数类，通过运算符重载，用"+"号实现了复数的加法运算：

#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
private:
    double real;  //实部
    double imag;  //虚部
public:
    complex(): real(0.0), imag(0.0){ }
    complex(double a, double b): real(a), imag(b){ }
    complex operator+(const complex & A)const;
    void display()const;
};
//运算符重载
complex complex::operator+(const complex & A)const{
    complex B;
    B.real = real + A.real;
    B.imag = imag + A.imag;
    return B;
}
void complex::display()const{
    cout<<real<<" + "<<imag<<"i"<<endl;
}
int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();
  
    return 0;
}

上面的代码定义了一个复数类，real 表示实部，imag 表示虚部，第11行声明了运算符重载，第16行进行了定义。认真观察这两行代码，可以发现和函数重载非常类似。

运算符重载的方式就是定义一个函数，在函数体内实现想要的功能，当用到该运算符时，编译器会自动调用这个函数。也就是说，运算符重载是通过函数定义实现的，它本质上是函数重载。

运算符重载的格式为：

返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){
    //TODO:
}

operator 是关键字，专门用于定义重载运算符的函数。例如，要在全局范围内重载"+"，实现复数加法运算，可以这样来定义：

complex operator+(const complex &A, const complex &B){
    complex C;
    C.real = A.real + B.real;
    C.imag = A.imag + B.imag;
    return C;
}

细心观察就可以发现，函数名由 operator 和操作符组成，上面的”operator+“就是函数名。重载运算符的函数除了函数名有特定的格式，其他地方和普通函数没有区别。

上面的例子中，我们在类 Complex 中重载了运算符"+"，该重载只对 Complex 对象有效。当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到"+"号左边（"+"号具有左结合性）是一个 Complex 对象，就会调用运算符重载函数，该语句会被转换为：

c1.operator+(c2);

很明显是一个函数调用。

上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式：

complex complex::operator+(const complex & A)const{
    return complex(real+A.real, imag+A.imag);
}

return 语句中的complex(real+A.real, imag+A.imag)会创建一个临时对象，它没有对象名，是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数，return 语句将该临时对象作为函数返回值。

虽然重载运算符所实现的功能完全可以用函数替代，但运算符重载使得程序的书写更加人性化，易于阅读。运算符被重载后，原有的功能仍然保留，没有丧失或改变。通过运算符重载，扩大了C++已有运算符的功能，使之能用于类对象。

重载运算符的规则

C++对运算符重载做了诸多的限制。

1) 首先，并不是所有的运算符都可以重载。能够重载的运算符包括：
+  -  *  /  %  ^  &  |  ~  !  =  <  >  +=  -=  *=  /=  %=  ^=  &=  |=
<<  >>  <<=  >>=  ==  !=  <=  >=  &&  ||  ++  --  ,  ->*  ->  ()  []
new  new[]  delete  delete[]

上述操作符中，[] 是下标操作符，() 是函数调用操作符。自增自减操作符的前置和后置形式都可以重载。长度运算符”sizeof“、条件运算符”: ?“、成员选择符”.“、对象选择符”.*“和域解析操作符”::“不能被重载。

上述操作符中，[] 是下标操作符，() 是函数调用操作符。自增自减操作符的前置和后置形式都可以重载。长度运算符”sizeof“、条件运算符”: ?“、成员选择符”.“、对象选择符”.*“和域解析操作符”::“不能被重载。

2) 重载不能改变运算符的优先级和结合性。假设上一节的 complex 类中重载了"+"号和"*"号，那么下面代码中：

int main(){
    complex c1,c2,c3,c4;
    c4 = c1 + c2 * c3;
    return 0;
}

c4 = c1 + c2 * c3;语句等同于c4 = c1 + ( c2 * c3 ) ;，乘法的优先级仍然高于加法，而且它们也仍然是二元运算符。

3) 重载不会改变运算符的用法，例如"+"号总是出现在两个操作数之间，重载后也必须如此。

4) 重载运算符的函数不能有默认的参数，否则就改变了运算符操作数的个数，这显然是错误的。