C++ 运算符重载

什么是运算符重载

对于基本类型 int a, b, c; 执行运算 c = a + b; ,编译器很容易理解,但是对于对象 ClassA a0, a1, a2; 执行运算 a0 = a1 + a2;,编译器就懵了。对于下面一段代码,在函数 test_operateplus() 中,执行op = op + op1; 时,程序调用 OperatePlus operator+(const OperatePlus &val) 对两个对象的成员变量进行求和,此即为运算符重载。

class OperatePlus
{
public:
	OperatePlus(int _a, int _b);
	~OperatePlus();
	OperatePlus operator+(const OperatePlus &val);	//重载运算符 `+`
	void print_result();
private:
	int a, b;
};
OperatePlus::OperatePlus(int _a, int _b)
{
	a = _a;
	b = _b;
}
OperatePlus::~OperatePlus() { }
OperatePlus OperatePlus::operator+(const OperatePlus &val)
{
	return OperatePlus(this->a + val.a, this->b + val.b);
}
void OperatePlus::print_result()
{
	cout << "a:" << a << "   b:" << b << endl;
}
void test_operateplus()
{
	OperatePlus op(1, 2), op1(3, 4);
	op = op + op1;
	op.print_result();		//打印结果  a:4		b:6
}

为什么要对运算符重载

为了实现对象的运算符操作,充分发挥面向对象的思想,使得用户自定义的数据以一种更简洁的方式工作。例如复数运算,矩阵运算。

运算符重载语法

返回值类型  类名::operator#(list)
{
    ...
}

# 为要重载的运算符,list 为参数表。
可以重载的运算符太多,所以只列出不能重载的运算符:

.::.*?:sizeof

运算符重载的两种方法

可以用成员或友元函数重载运算符 ,关键区别在于成员函数具有 this 指针,友元函数没有this指针,所需操作数都必须在参数表显式声明。不管是成员函数还是友元函数重载,运算符的使用方法相同。
成员函数重载运算符见第一段代码,友元法改造如下:

class OperatePlus
{
public:
    friend OperatePlus operator+(const OperatePlus &op1, const OperatePlus &op2);
    ...
};
OperatePlus operator+(const OperatePlus &op1, const OperatePlus &op2)
{
    OperatePlus op(op1.a + op2.a, op1.b + op2.b);
    return op;
}
void test_friend_operateplus()
{
	OperatePlus op(1, 2), op1(3, 4);
	op = operator+(op, op1);    //op = op + op1; 两种调用方式均可
	op.print_result();
}

需要注意的是 =,(),[],-> 不能用友元函数重载。

典型的运算符重载

  • ++
class AutoAdd
{
public:
	AutoAdd(int _a = 0);
	AutoAdd& operator++();   /*implement as preposition*/
	AutoAdd operator++(int );/*implement as postposition*/
	void print_val();
	~AutoAdd();
private:
	int a;
};

AutoAdd::AutoAdd(int _a) { a = _a; }

AutoAdd::~AutoAdd() {}

//preposition   前置 ++
AutoAdd& AutoAdd::operator++()
{
	this->a++;
	return *this;
}

//postposition  后置 ++
AutoAdd AutoAdd::operator++(int )
{
	AutoAdd aa = *this;
	this->a++;
	return aa;
}

void AutoAdd::print_val() { cout << a << endl; }

void test()
{
	AutoAdd t(10), t1(0);
	t1 = ++t;	//preposition
	t.print_val();  // 11
	t1.print_val(); // 11 
	t1 = t.operator++(1);	//postposition
	t.print_val();  //12
	t1.print_val(); //11
}
  • = 重载,解决指针浅拷贝问题
#include <cstring>
class StoreString
{
public:
	StoreString();
	StoreString(const char *c);
	//StoreString(StoreString &s);
	StoreString& operator=(const StoreString &s);
	void printString();
	~StoreString();

private:
	char *p;
	int len;
};
/*
StoreString::StoreString(StoreString &s)
{
	len = s.len;
	p = new char[len+1];
	strcpy_s(p, len+1, s.p);
}
*/
StoreString::StoreString(){ }

StoreString::StoreString(const char *c)
{
	len = strlen(c);
	p = new char[len+1];
	strcpy_s(p, len+1, c);
}

StoreString::~StoreString()
{
	if (p != NULL) {
		delete[] p;
		p = NULL;
		len = 0;
	}
}

StoreString& StoreString::operator=(const StoreString &s)
{
	if (this->p != NULL)
	{
		delete[] p;
		len = 0;
	}
	this->len = s.len;
	this->p = new char[len+1];
	strcpy_s(p, len+1, s.p);
	return *this;
}

void StoreString::printString() { cout << p << endl;}

void testEqu()
{
	StoreString ss("abc");
	StoreString ss1("def");
	StoreString ss2;

	ss2 = ss1 = ss;     //=重载返回引用可以做连=操作,顺序从右到左
	ss1.printString();
	ss2.printString();
}
  • 数组类的 [] == !=
    都类似就不一一列举了。。
<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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