C++ 编程基础（5）类与对象 | 5.6、运算符重载

前言：

运算符重载是一种允许程序员定义或修改内置运算符行为的机制。通过运算符重载，可以使得类的实例能够使用像 +、-、*、/ 等运算符进行操作，就像基本数据类型一样。这不仅提高了代码的可读性，还增强了语言的表达能力。

一、运算符重载

1、基本概念

运算符重载是通过在类中定义特殊的成员函数来实现的，这些成员函数具有特定的名称（即运算符符号）和返回类型。当对类的对象使用这些运算符时，C++编译器会自动调用相应的重载函数。

2、定义

运算符重载函数在类中定义，其名称由operator关键字后跟要重载的运算符符号组成。例如，要重载加法运算符+，可以定义一个名为operator+的成员函数。

class MyClass {
public:
    MyClass(int value) : data(value) {}

    // 重载加法运算符
    MyClass operator+(const MyClass& other) const {
        MyClass result(data + other.data);
        return result;
    }

    int getValue() const {
        return data;
    }

private:
    int data;
};

3、成员函数与友元函数重载

运算符重载函数可以作为类的成员函数或友元函数来定义。作为成员函数时，它至少有一个隐含的参数（即this指针指向的对象），而作为友元函数时，它可以访问类的私有和保护成员，同时可以有任意数量的显式参数。

• 成员函数重载： 当运算符重载函数作为类的成员函数时，它通常用于实现涉及单个操作数（对于单目运算符）或两个操作数（其中一个是this指针指向的对象，另一个是函数参数）的运算。
• 友元函数重载： 当需要重载的运算符涉及两个非this指针指向的对象，或者需要访问类的私有和保护成员时，可以将运算符重载函数定义为友元函数。友元函数不是类的成员函数，但它可以访问类的私有和保护成员。

4、注意事项

• 不要改变运算符的优先级和结合性： 重载运算符不会改变运算符的优先级和结合性，这些特性是由C++语言本身定义的。
• 保持运算符的语义： 重载运算符时，应尽可能保持运算符的原有语义。例如，重载加法运算符时，应确保它执行加法操作。
• 不要重载所有运算符： 并不是所有的运算符都可以被重载，例如.、.*、::、?:和sizeof等运算符就不能被重载。
• 注意运算符的对称性： 对于某些运算符（如==、!=、<、>、<=、>=等），如果重载了其中一个，通常也应该重载它的对称运算符。

5，示例：复数类的运算符重载

下面是复数类的例子，重载了+、<<运算符，如下：

#include <iostream>
using namespace std;

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

    // 重载 + 运算符
    Complex operator+(const Complex& other) const {
        return Complex(real + other.real, imag + other.imag);
    }

    // 重载 << 运算符
    friend ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c) {
        os << c.real << " + " << c.imag << "i";
        return os;
    }
};

int main() {
    Complex c1(3, 4), c2(1, 2);
    Complex c3 = c1 + c2; // 使用重载的 + 运算符，c1 + c2 相当于，c1.operator+(c2)
    cout << "c1 + c2 = " << c3 << endl; // 输出: c1 + c2 = 4 + 6i
    return 0;
}