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c++——运算符的重载

news 2025/7/12 13:59:55

一、运算符重载基本语法和规则

1.运算符重载的定义

2.运算符重载的基本语法

3.运算符的重载规则

二、成员函数的重载和非成员函数的重载

1.成员函数重载

2.非成员函数的重载

三、具体运算符的重载

1.重载+

（1）引入——实现复数类的Add函数

（2）使用operator实现+重载

2.重载-

3.重载=

（1）注意

（2）实现要点

（3）对比值返回和引用返回

4.重载前置++

5.重载后置++

6.重载<

四、常见运算符的const总结

一、运算符重载基本语法和规则

1.运算符重载的定义

允许用户为自定义类型重新定义运算符的行为，使得对象可以像内置类型一样进行运算。

2.运算符重载的基本语法

返回类型 operator运算符(参数列表) {// 实现逻辑
}

3.运算符的重载规则

①不能创造新运算符：只能重载已有的运算符（如 +, ==, [], ()......）

注意：只有极少部分运算符不可以被重载，比如：三目运算符、成员操作符、作用域操作符、sizeof操作符、typeid类型信息运算符。

②至少有一个操作数是自定义类型：不能为内置类型重载运算符。

③保持运算符原有语义：避免滥用（如用 + 实现减法）。

二、成员函数的重载和非成员函数的重载

1.成员函数重载

左侧操作数：隐式绑定到 this 对象。

参数数量：比运算符的操作数少一个（如二元运算符只需一个参数）。

2.非成员函数的重载

所有操作数：显式声明为参数。

常用场景：左侧操作数不是当前类（如 operator<<）或需要隐式类型转换。

注意：非成员函数重载若需要访问私有成员，需声明为友元。

三、具体运算符的重载

1.重载+

（1）引入——实现复数类的Add函数

判断以下5种方法的正确性：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
class Complex
{
private:double Real, Image;
public:Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) :Real(r), Image(i) //构造函数 {cout << "Create object: " << this << endl;}Complex(const Complex& com) :Real(com.Real), Image(com.Image)//拷贝构造函数{cout << "Copy Create object: " << this << endl;}~Complex()  //析构函数{cout << " Destory Object:" << this << endl;}void print() const  // 普通方法和常方法都可以调用{cout << "Real=" << Real << 't' << "Image=" << Image << endl;}/*第一种写法，传递的参数是副本（调用拷贝构造函数创建实参的副本），需要创建额外的空间，支持常量对象*/Complex Add(Complex cx)  {return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}/*第二种写法，传递的参数是引用，不需要拷贝实参的副本，函数效率更高，不支持常量的对象*//*Complex Add(Complex& cx)  {return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}*//*第三种写法,传递的参数是常引用，表示被引用的实参是不可改变的，不支持常量对象*/Complex Add(const Complex& cx){return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}//第四种写法，普通方法和常方法都可以调用，比较适用Complex Add(const Complex& cx) const //常成员函数{return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}/*第五种写法，错误注意：不能返回一个临时对象的引用。因为函数执行完毕后，临时对象就会被销毁，此时引用指向的是一个已经不存在的对象。*/Complex& Add(const Complex& cx) const{return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}
};
int main()
{const Complex ca(1, 2), cb(3, 4); //常对象,不允许修改对象的值Complex cc;cc = ca.Add(cb);   //等价于//cc = Add(&ca, cb);return 0;
}

解释上述5种方法：

1.Complex Add(Complex cx) ——值传递，但需要拷贝实参的副本，效率低下。（√）

2.Complex Add(Complex& cx) ——引用传递，不需要拷贝的实参的副本，函数效率更高，但不能接受常量对象作为参数（但不能被常对象调用）（×）

3.Complex Add(const Complex& cx)——常引用传递，不允许修改实参的值，也不能被常对象调用。（×）

4. Complex Add(const Complex& cx) const ——常引用+常方法（普通方法和常方法都可以调用）（√）

5.Complex& Add(const Complex& cx) const——返回临时对象的引用。（×）

注意：不能返回一个临时对象的引用。因为函数执行完毕后，临时对象就会被销毁，此时引用指向的是一个已经不存在的对象。

总结：一般使用引用作为函数参数，可以避免拷贝，但要注意不要返回临时变脸的引用。

（2）使用operator实现+重载

①常对象与常对象相加

//运算符的重载
class Complex
{
private:double Real, Image;
public:Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) :Real(r), Image(i) //构造函数 {cout << "Create object: " << this << endl;}Complex(const Complex& com) :Real(com.Real), Image(com.Image)//拷贝构造函数{cout << "Copy Create object: " << this << endl;}~Complex()  //析构函数{cout << " Destory Object:" << this << endl;}void print() const  // 普通方法和常方法都可以调用{cout << "Real=" << Real << 't' << "Image=" << Image << endl;}//使用Add实现常对象的方法Complex Add(const Complex& cx) const //常成员函数{return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}//重载+  Complex operator+(const Complex &cx) const{return Complex(this->Real + cx.Real, this->Image + cx.Image);}};
int main()
{const Complex ca(1, 2), cb(3, 4); //常对象,不允许修改对象的值Complex cc;cc = ca.Add(cb);   //等价于//cc = Add(&ca, cb);return 0;
}

2.重载-

与重载+原理一样（*、/ 原理也相同）

3.重载=

（1）注意

如果在类的定义中没有显式给出赋值运算符重载函数时，系统会自动调用缺省的赋值函数。

（2）实现要点

①返回引用：为了支持连续赋值（例如a = b = c），赋值运算符应返回*this的引用。

②检查自赋值：在进行赋值操作之前，要先检查this和other是否为同一个对象，避免不必要的操作甚至错误。

（3）对比值返回和引用返回

重载=

1.为什么采用引用返回，不采用值返回？
原因：赋值操作要支持连续赋值，支持链式调用，避免值拷贝造成的大量开销。

2.避免将赋值重载函数设计为常方法

常方法会限制this,使其内容不被修改。而赋值操作，需要修改值。

4.重载前置++

前置++返回自增后的引用，支持链式操作，不创建临时对象，效率高。

5.重载后置++

后置++返回自增前的拷贝，存在拷贝构造和析构的开销，效率低。

6.重载<

主要用于运算符的比较，返回一个布尔值。

7.重载类型强转运算符

将一个类型的值转换为另一个类型。

四、常见运算符的const总结

（1）不修改对象状态：声明为 const，允许对常量对象使用。

（2）修改对象状态：不能声明为 const。

（3）返回当前对象引用：若修改对象（如 +=），不声明为 const；若不修改，声明为 const。

如图所示：

运算符类型	是否需要 `const`	示例代码
比较运算符（`==`）	✅ 必须	`bool operator==(const T&) const`
算术运算符（`+`）	✅ 推荐	`T operator+(const T&) const`
赋值运算符（`=`）	❌ 不能	`T& operator=(const T&)`
复合赋值（`+=`）	❌ 不能	`T& operator+=(const T&)`
前置自增（`++a`）	❌ 不能	`T& operator++()`
后置自增（`a++`）	❌ 通常不	`T operator++(int)`
类型转换（`double`）	✅ 必须	`operator double() const`
下标运算符（`[]`）	取决于是否修改	`T& operator[](int)`（非 `const` 版本）