C++重载的奥义之运算符重载详解

什么是运算符重载

C++中的运算符重载指的是对语言中已有的运算符进行重新定义，使其能够支持自定义类型。

运算符重载的语法形式为：

返回类型 operator 运算符符号 (参数列表) {
    //重载函数体
}

其中，operator表示重载的运算符，符号必须包括在双引号中，如+、-、=等等。

运算符重载的规则

在进行运算符重载时，需要注意以下几个规则：

1. 无法重载的运算符：.、.*、::、?:。
2. 重载后的运算符优先级、参数个数、结合性均不可改变。
3. 至少有一个参类型的定义类型为用户自定义类型。
4. 代表运算符重载的函数必须被声明为类的成员函数或者是全局函数。
5. []、()、->、=运算符只能重载为成员函数。

运算符重载的实现

成员函数实现

运算符重载可以通过成员函数实现，此时操作的对象为调用该函数的对象。下面以矩阵相加为例：

class Matrix {
public:
    Matrix operator + (const Matrix& m) {
        Matrix result;
        for (int i = 0; i < 4; ++i) {
            for (int j = 0; j < 4; ++j) {
                result.data[i][j] = data[i][j] + m.data[i][j];
            }
        }
        return result;
    }
    int data[4][4];
};

在上述示例中，重载了+运算符，将两个矩阵的每个元素相加并返回一个新的矩阵。

全局函数实现

运算符重载也可以通过全局函数实现，此时操作的对象为函数的参数。以复数相加为例：

class Complex {
public:
    int real, imag;
};

Complex operator + (const Complex& a, const Complex& b) {
    Complex result;
    result.real = a.real + b.real;
    result.imag = a.imag + b.imag;
    return result;
}

在上述示例中，重载了+运算符，将两个复数的实部和虚部分别相加，并返回一个新的复数。

运算符重载的应用场景

运算符重载可以让代码更简洁、易懂，同时也可以提高程序的执行效率。常见应用场景如下：

1. 数组、矩阵等复杂数据结构的运算；
2. 自定义类型的加减乘除等运算；
3. 重载输入输出运算符实现对自定义类型的输入输出。

运算符重载的注意事项

在进行运算符重载时，需要注意以下事项：

1. 不要过度使用运算符重载，以及避免产生二义性；
2. 遵循常规语法和命名规范；
3. 操作符重载的函数最好声明为const函数。

示例

示例1：重载加法运算符

class Person {
public:
    int age;
    Person operator + (const Person& p) {
        Person result;
        result.age = this->age + p.age;
        return result;
    }
};

int main()
{
    Person a, b;
    a.age = 20;
    b.age = 30;
    Person c = a + b;
    cout << c.age << endl; //输出50
    return 0;
}

示例2：重载小于运算符

class Person {
public:
    int age;
    bool operator < (const Person& p) const {
        return this->age < p.age;
    }
};

int main()
{
    Person a, b;
    a.age = 25;
    b.age = 20;
    cout << (a < b) << endl; //输出0，即a不小于b
    return 0;
}

以上两个示例分别展示了重载+和<运算符的具体实现方式。