C++运算符重载

本文详细介绍了C++中的运算符重载概念,包括单目和双目运算符的重载方式,如成员函数、全局函数及友元函数的使用。深入探讨了运算符重载的限制和注意事项,如不能重载的运算符、基本类型运算符的限制以及如何避免改变运算符的优先级。

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运算符与运算符函数

  1. 常见的运算符

    单目运算符:
    	相反数:-
    	自变:++/--
    	取地址:&
    	Point a;
    	解引用:*
    	间接成员访问:->
    	逻辑非:!
    	位反:~
    	类型转换:()
    	函数:()
    双目运算符:
    	算术运算符:+ - * / %
    	关系运算符:> >= < <= == !=
    	逻辑运算符:&& ||
    	位运算符:& | ^ << >>
    	下标运算符:[] 
    
  2. 什么叫运算符重载?

在C++中编译器有能力把由运算符和数据组成的表达式解释成一个一全局函数或成员函数来调用,这种函数叫运算符函数,通过把运算符定义为函数,程序员可以自定义函数的运算规则,我们把自定义运算符函数规则的行为。在C++中编译器有能力把由运算符和数据组成的表达式解释成一个一全局函数或成员函数来调用,这种函数叫运算符函数,通过把运算符定义为函数,程序员可以自定义函数的运算规则,我们把自定义运算符函数规则的行为。

  • 双目运算符重载

     定义为成员函数
     	a+b-c == a.operator+(b).operator-(c)
     定义为全局函数
     	a+b-c == operator-(operator+(a,b),c)
    
  • 单目运算符重载

     定义为成员函数
     	~a = a.operator~()
     定义为全局函数
     	~a = operator~(a)
    
  • 典型双目运算符重载

    class Point { public: int x; int y; };
    Point a,b;
    Point c = a + b;

1、成员函数

Point& operator+(const Point& other);

2、全局函数

Point& operator+(const Point& a,const Point& b);

3、friend

使用friend关键字可以把一个全局函数,变成另一类的友元函数。 友元函数可以访问友元类中的所有成员,包括私有成员。
注意:友元不是成员,友元函数在调用时没有传递this指针,因此不能直接访问类中的成员,必须经过对象才能访问。
由于友元函数是全局的,与成员函数不在同一个作用域下,因此友元与成员不会构成重载。

  • 输入输出运算符重载

    cout(ostream)与cin(istream)是对标准库中创建的类对象,根据双目运行的格式(a#b == a.operator#(b)),如果对<< >>运算符进行重载不能写成成员函数,必须是全局或友元。

  • 单目运算符重载

    Point a;
    ++a;
    1、成员函数

Point& operator++(void);

2、全局函数

Point& operator++(Point& _this);

1、下标操作 [] 一般用于容器型对象。
	
2、函数操作符 (),重载此运算符,对象可以当作函数使用。

3、解引用和间接成员访问运算符,*,->,重载此运算符,对象可以当作指针使用。
	
4、智能指针与auto_ptr
	常规指针的缺点:一般一个指针变量离开它的作用域时,只有该指针所占用的内存空间才被释放(4字节或8字节),而指针所指向的内存空间不会释放。在某些特殊情况下,free/delete/delete[]可能调用不到,形成内存泄漏。
	
	智能指针与常规指针的一致性:智能指针其实就是对象,是通过运算符重载(*,->),让对象与指针从用法上感觉一样。
	
	智能指针与常规指针不一致性:任何时候,一个对象只能有一个智能指针持有它的地址,否则该对象会被多个智能指针析构多次,智能指针的拷贝构造和赋值构造需要做深拷贝处理。
	
	auto_ptr的局限性:
	不能跨作用域使用,不能放入标准容器中,不能指向对象数据。

5、new和delete运算符
	在C++中new和delete虽然是关键字,但依然是运算符,因此可以重载,但一般一建议,在重载newdelete函数中,不需要显式调用构造和析构函数,编译器会自动生成调用代码。
  • 运算符重载的限制

    1、不能重载的运算符

     作用域限定符(::)
     直接成员访问运算符(.)
     条件表达式运算符(?)
     字节长度运算符(sizeof)
     类型信息运算符(typeid)
    

    2、基本类型的运算符无法重载

     int a,b;
     a+b;
     
     int operator+(int&a ,int& b)
     {
     	return a+b;
     }
    

    3、无法通过重载来改变运算符的优先级。

    4、不能改变操作数的个数。

    5、不能发明新的运算符。

    注意:运算符的重载要注重一致性(与默认的运算规则一致)、可读性(运算符的重载是为提高代码的可读性、便捷性、要有意义,而不是自找麻烦)。

<think>好的,我现在要帮用户介绍C++运算符重载。首先,我需要回忆一下运算符重载的基本概念。运算符重载允许用户自定义类型使用C++内置的运算符,比如+、-、*等,使得代码更直观和易读。例如,可以让两个对象直接相加,而不必调用特定的函数。 接下来,我应该考虑用户可能的背景。用户可能是刚开始学习C++,或者已经有一定基础但想深入了解运算符重载。因此,解释需要清晰,从基础开始,逐步深入。可能需要先说明什么是运算符重载,为什么需要它,然后讲解如何实现,包括语法和注意事项。 然后,运算符重载的语法是关键部分。需要详细说明如何定义运算符重载函数,包括成员函数和非成员函数(友元函数)的区别。例如,重载+运算符时,成员函数通常只需要一个参数,因为左操作数是对象本身,而非成员函数需要两个参数。同时,要提到一些运算符必须作为成员函数重载,比如赋值运算符=。 例子是帮助理解的重要部分。我应该举一个简单的例子,比如为自定义的Vector类重载+运算符,这样用户可以看到具体的实现方式。同时,需要区分成员函数和非成员函数的例子,说明它们的不同应用场景。 注意事项和常见问题也不能遗漏。比如不能重载运算符(如.、::、sizeof等),以及重载时保持运算符的原有语义,避免滥用导致代码难以理解。此外,还需要提到运算符的返回类型和参数类型的选择,比如是否返回引用或值,参数的const修饰等。 用户可能还会有疑问,比如运算符重载的使用场景,或者何时应该使用成员函数而非友元函数。因此,在解释过程中需要涵盖这些方面,可能的话,给出一些最佳实践的建议。 最后,总结运算符重载的优点和需要注意的地方,帮助用户全面理解。确保语言通俗易懂,避免过于专业的术语,必要时进行类比,让用户更容易接受。</think>### C++运算符重载详解 #### 1. 什么是运算符重载运算符重载Operator Overloading)是C++中的一种特性,允许开发者**为自定义类型(如类或结构体)重新定义运算符的行为**。通过重载运算符,可以让对象像内置类型(如`int`、`double`)一样使用`+`、`-`、`*`、`==`等运算符,提升代码可读性和简洁性。 --- #### 2. 如何实现运算符重载运算符重载通过**成员函数**或**全局函数**实现,语法形式为: $$ \text{返回类型 operator 运算符(参数列表)} $$ ##### 示例1:成员函数重载`+` ```cpp class Vector { public: int x, y; // 成员函数重载 + Vector operator+(const Vector& other) { return {x + other.x, y + other.y}; } }; // 使用 Vector v1{1, 2}, v2{3, 4}; Vector v3 = v1 + v2; // 等价于 v1.operator+(v2) ``` ##### 示例2:全局函数重载`<<`(输出流) ```cpp class Student { public: string name; int age; }; // 全局函数重载 << ostream& operator<<(ostream& os, const Student& s) { os << "Name: " << s.name << ", Age: " << s.age; return os; } // 使用 Student s{"Alice", 20}; cout << s; // 输出: Name: Alice, Age: 20 ``` --- #### 3. 常见运算符重载规则 | 运算符类型 | 可重载性 | 示例 | |------------------|----------------|----------------------| | 算术运算符 | `+`, `-`, `*` | `a + b` | | 关系运算符 | `==`, `>`, `<` | `a == b` | | 赋值运算符 | `=`, `+=` | `a = b` | | 下标运算符 | `[]` | `a[0]` | | 函数调用运算符 | `()` | `a(1, 2)` | | **不可重载运算符** | `.`、`::`、`?:`、`sizeof` | 无法重载 | --- #### 4. 关键注意事项 1. **参数限制**: - 至少一个操作数是用户自定义类型(不能全为内置类型)。 - 不能修改运算符的优先级或结合性。 2. **成员函数 vs 全局函数**: - 赋值运算符(`=`)、下标运算符(`[]`)、函数调用运算符(`()`)**必须**作为成员函数重载- 输入输出运算符(`>>`、`<<`)通常作为全局函数。 3. **保持语义一致性**: - 例如重载`+`时,不应修改操作数本身,而应返回新对象。 --- #### 5. 完整示例:复数类重载 ```cpp class Complex { private: double real, imag; public: Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {} // 成员函数重载 + Complex operator+(const Complex& other) { return Complex(real + other.real, imag + other.imag); } // 全局友元函数重载 << friend ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c); }; ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c) { os << c.real << " + " << c.imag << "i"; return os; } // 使用 Complex c1(2, 3), c2(4, 5); Complex c3 = c1 + c2; cout << c3; // 输出: 6 + 8i ``` --- #### 6. 应用场景 - 数学计算(向量、矩阵、复数) - 字符串操作(`str1 + str2`) - 容器类(自定义数组、链表) --- #### 7. 总结 **优点**:提升代码直观性,使自定义类型操作更自然。 **注意**:避免过度使用或违反直觉的重载(例如用`+`实现减法)。
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