一文搞懂C++中的運算符重載

更新時間：2022年09月27日 08:50:42 作者：Mi?ronin

這篇文章主要為大家詳細介紹了C++中的運算符重載的相關(guān)資料，文中的示例代碼講解詳細，對我們學(xué)習C++有一定幫助，需要的可以參考一下

引入

對于基本類型的常量或變量進行運算時，我們可以使用 +、-、*、/ 等運算符，但是我們不可以使用運算符來進行對象之間的運算。

eg：對象之間的加法運算

class A
{
public:
    A(int i=0,int j=0,int k=0):m_i(i),m_j(j),m_k(k){}
    int geti() //接口
    {
        return m_i;
    }
    int getj()//接口
    {
        return m_j; 
    }
    int getk()//接口
    {
        return m_k;
    }
    void Add(A &b)
    {
        int i=m_i+b.m_j;
        int j=m_j+b.m_j;
        int k=m_k+b.m_k;
        cout<<i<<" "<<j<<" "<<k<<" "<<endl;
    }
private:
    int m_i;
    int m_j;
    int m_k;
};
void main()
{
    A a(6,6,6);
    A b(7,7,7);
    a.Add(b); 
}

正如例子中所說：這里我們無法進行對象之間的加法，對于加法操作我們需要使用接口，然后定義add函數(shù)進行加法的操作，這樣也就導(dǎo)致了代碼十分復(fù)雜。

為了使得為了當前程序的可讀性更好，簡單明了。所以我們引入運算符重載這個概念。

利用 C++ 提供的“運算符重載”機制，賦予運算符新的功能，就能解決用+將兩個復(fù)數(shù)對象相加這樣的問題。

一.運算符重載是什么

運算符重載：就是對已有的運算符賦予多重含義，使同一運算符作用于不同類型的數(shù)據(jù)時產(chǎn)生不同的行為。

運算符重載的目的是使得 C++ 中的運算符也能夠用來操作對象。

運算符重載的實質(zhì)是編寫以運算符作為名稱的函數(shù)。

二.運算符重載的格式

返回值類型 operator 運算符(形參表)
{
....
}

這里對于返回值類型大家可能會產(chǎn)生疑惑：什么是返回值類型，這里對返回值類型進行說明。

返回類型主要包括三類：

值返回
引用返回
指針返回

值返回與引用返回 – 基本數(shù)據(jù)類型

值返回：由運算符操作的表達式只能作為右值
引用返回：由運算符所操作的表達式可作為左值
指針返回：有指針的相關(guān)操作

void main()
{
    int i =10;
    int j =20;
    int k =0; 
    i+j=k;// error 加號的表達式只可以做右值
    //i+j有臨時空間來存儲表達式的值，但是沒有確定的，不能把表達式的值放在i或者j空間
    //不能作為左值的原因是 沒有相應(yīng)的內(nèi)存空間 i有自己的空間 j有自己的空間 但是i+j沒有
    //右邊要賦值給左邊，那么左邊必須要有確定的內(nèi)存空間
    k = i+j;//ok
    ++i = k;//i=30
    /*
    ++i表達式的值 不管在什么時候都是i加過1之后的值，所以不用重新開辟臨時空間存儲表達式的值，用i的空間即可
    ++i=k;就是把k的值放在i的內(nèi)存單元
    */
    i++ = j;//error
    /*
    i++的j是i沒有加過的值 但是最后i還是需要+1 所以此時i和i++不是同一個內(nèi)存單元 所以需要重新開辟空間存儲表達式的值，不可以這樣使用
    */
    (i=j)=40;//=運算符可以作為左值 即可以引用返回
}

這里告訴大家如何快速判斷是值返回還是引用返回：

判斷是左值還是右值

如果對左值右值區(qū)分不是很清楚，可以參考這篇博客：

鏈接: c++左值，右值，將忘值

三.部分運算符重載的實現(xiàn)

3.1 簡單‘ + ’ ‘ - ’ ‘ * ’運算符重載

對于簡單‘ + ’ ‘ - ’ ‘ * ’運算符重載舉例如下：

#include<stdio.h>
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A(int i=0):m_i(i){}
    A operator+(const A& t)//這里用const是為了本身值不改變
    {
        cout << "A(+)" << endl;
        return m_i + t.m_i;
    }
    A operator-(const A& t)//這里用const是為了本身值不改變
    {
        cout << "A(-)" << endl;
        return this->m_i-t.m_i;
    }
    A operator*(const A& t)//這里用const是為了本身值不改變
    {
        cout << "A(*)" << endl;
        return this->m_i*t.m_i;
    }
    void print()
    {
        cout << m_i << endl;
    }
private:
    int m_i;
};
void main()
{
    A a(10);
    A b(20);
    (a + b).print();
    (a - b).print();
    (a * b).print();
}

運算結(jié)果：

3.2 ++,- - 運算符

自增運算符++、自減運算符–都可以被重載，但是它們有前置、后置之分。

以++為例，假設(shè) obj 是一個 CDemo 類的對象，++obj和obj++本應(yīng)該是不一樣的，前者的返回值應(yīng)該是 obj 被修改后的值，而后者的返回值應(yīng)該是 obj 被修改前的值。如果如下重載++運算符：

CDemo & CDemo::operator ++ ()
{
    //...
    return * this;
}

不論obj++還是++obj，都等價于obj.operator++()無法體現(xiàn)出差別。

為了解決這個問題，C++ 規(guī)定，在重載++或- -時，允許寫一個增加了無用 int 類型形參的版本，編譯器處理++或–前置的表達式時，調(diào)用參數(shù)個數(shù)正常的重載函數(shù)；處理后置表達式時，調(diào)用多出一個參數(shù)的重載函數(shù)。

對于前置運算符：左值引用返回

對于后置運算符：右值值返回

舉例如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class CDemo {
private:
    int n;
public:
    CDemo(int i=0):n(i) { }
    CDemo & operator++(); //用于前置形式
    CDemo operator++( int ); //用于后置形式
    operator int ( ) { return n; }
    friend CDemo & operator--(CDemo & );
    friend CDemo operator--(CDemo & ,int);
};
CDemo & CDemo::operator++()
{//前置 ++
    n ++;
    return * this;
}
CDemo CDemo::operator++(int k )
{ //后置 ++
    CDemo tmp(*this); //記錄修改前的對象
    n++;
    return tmp; //返回修改前的對象
}
CDemo & operator--(CDemo & d)
{//前置--
    d.n--;
    return d;
}
CDemo operator--(CDemo & d,int)
{//后置--
    CDemo tmp(d);
    d.n --;
    return tmp;
}
int main()
{
    CDemo d(5);
    cout << (d++ ) << ","; //等價于 d.operator++(0);
    cout << d << ",";
    cout << (++d) << ","; //等價于 d.operator++();
    cout << d << endl;
    cout << (d-- ) << ","; //等價于 operator-(d,0);
    cout << d << ",";
    cout << (--d) << ","; //等價于 operator-(d);
    cout << d << endl;
    return 0;
}

3.3 =運算符

同類對象之間可以通過賦值運算符=互相賦值。如果沒有經(jīng)過重載，=的作用就是把左邊的對象的每個成員變量都變得和右邊的對象相等，即執(zhí)行逐個字節(jié)拷貝的工作，這種拷貝叫作“淺拷貝”。

對于深拷貝淺拷貝可以參考這篇博客：

鏈接： c++拷貝構(gòu)造函數(shù)

有的時候，兩個對象相等，從實際應(yīng)用的含義上來講，指的并不應(yīng)該是兩個對象的每個字節(jié)都相同，而是有其他解釋，這時就需要對=進行重載。

如果沒有寫=重載呢么類會提供默認的=重載

對于=運算符舉例如下：

A& operator=(const A& b)
{
    cout << "=" << endl;
    m_i = b.m_i;
    return *this;
}

3.4 <<，>>運算符

在 C++ 中，對于左移運算符<<可以和 cout 一起用于輸出，因此也常被稱為“輸出運算符”。

實際上，對于<<來說，他本來并沒有這樣的功能，之所以能和 cout 一起使用，是因為被重載了。

cout 是 ostream 類的對象。ostream 類和 cout 都是在頭文件中聲明的。ostream 類將<<重載為成員函數(shù)，而且重載了多次。為了使cout<<"Star War"能夠成立，ostream 類需要將<<進行如下重載：

ostream & ostream::operator << (const char* s)
{
    //輸出s的代碼
    return * this;
}

cin 是 istream 類的對象，是在頭文件中聲明的。istream 類將>>重載為成員函數(shù)，因此 cin 才能和>>連用以輸入數(shù)據(jù)。一般也將>>稱為“流提取運算符”或者“輸入運算符”

istream & operator>>( istream & is,Complex & c)
{
    return is;
}

四.運算符重載注意事項

1.可以重載成成員和友元兩種形式

對象.operator運算符(第二個運算數(shù))–成員形式

operator運算符(按照順序?qū)戇\算數(shù))–友元形式

2.重載成成員形式，將第一個運算數(shù)省略(當成this)

重載成友元形式，參數(shù)不能省略。

3.一般建議賦值重載為成員（如果第一個參數(shù)是本類對象，則重載魏本類的成員形式）

[]也建議重載為成員

<< >> 重載成友元，cout<<a.左操作數(shù)是cout的類對象，不可能是本類對象，只能重載為友元。

40運算符重載不可以改變優(yōu)先級，結(jié)合性，操作數(shù)個數(shù)

五.運算符重載的限制

1.不可以臆造新的運算符

2.不可以改變原有運算符的優(yōu)先級，語法等特點。

//不能將求模運算符（%）重載成使用一個操作數(shù)：
int x;
Time shiva;
% x;????//無效的求模運算符
% shiva;??//無效的重載操作符

3.運算符重載不可以使用太多

4.重載運算符含義必須清楚，不能有二異性質(zhì)

5.以下運算符不可以重載

6.下列運算符只能通過成員函數(shù)進行重載

=：賦值運算符
（）：函數(shù)調(diào)用運算符
[]：下標運算符
->：通過指針訪問類成員的運算符

六.MyString的簡單實現(xiàn)

MyString.h

#ifndef MYSTRING_H
#define MYSTRING_H
#include<iostream>
using namespace std;
class mystring
{
    char * _str;
public:
    mystring(const char*str=nullptr);
    mystring(const mystring &another);
    mystring &operator=(const mystring&another);
    mystring operator+(const mystring&another);
    char& operator[](const int& i);
    bool  operator==(const mystring&another);
    bool  operator<(const mystring &another);
    bool  operator>(const mystring &another);
    friend ostream &operator<<(ostream&out,mystring&str);
    int size();
    ~mystring();
};

MyString.cpp

#include "mystring.h"
#include<string.h>
int mystring::size(){
    return strlen(this->_str);
}
mystring::mystring (const char* str){
    if(str==nullptr)
    {
        _str=new char[1];
        _str[0]='\0';
        return;
    }
    _str=new char[strlen(str)+1];
    strcpy(_str,str);
}
mystring::mystring(const mystring &another){
    
    int lenth=strlen(another._str);
    _str=new char[lenth+1];
    strcpy(_str,another._str);

}
mystring& mystring::operator=( const mystring&another){
    if(*this==another)return *this;
    else {
        delete[] _str;
        int lenth=strlen(another._str);
        _str=new char[lenth+1];
        strcpy(_str,another._str);
        return *this;
    }
}
mystring mystring:: operator+(const mystring&another){
    mystring tmp;
    delete[] tmp._str;
    int lenth=strlen(_str)+strlen(another._str);
    tmp._str=new char[lenth+1];
    memset(tmp._str,0,lenth);
    strcat(tmp._str,_str);
    strcat(tmp._str,another._str);
    return tmp;
}
char& mystring:: operator[](const int& i){
    return _str[i];
}
bool mystring:: operator==(const mystring&another){
    if( strcmp(_str,another._str)==0)
        return true;
    else return false;
}
bool  mystring:: operator<(const mystring &another){
    if( strcmp(_str,another._str)<0)
        return true;
    else return false;
}
bool  mystring:: operator>(const mystring &another){
    if( strcmp(_str,another._str)>0)
        return true;
    else return false;
}

ostream &  operator<<(ostream&out,mystring&str){
        for(int i=0;i<strlen(str._str);++i)
            out<<str._str[i];
        return out;
}

mystring:: ~mystring(){
    delete[]_str;
}

測試函數(shù)：

#include<iostream>
#include<mystring.h>
#include<string>
using namespace std;
int main(){
 mystring test1("hello");
 cout<<test1<<endl;
 cout<<test1[0]<<endl;
 mystring test2("world");
 cout<<test2<<endl;
  mystring test3=test1+test2;
  cout<<test3<<endl;
  if(test1>test2)
      cout<<test1<<" > "<<test2<<endl;
  else if(test1==test2) cout<<test1<<" = "<<test2<<endl;
  else cout<<test1<<" < "<<test2<<endl;
  return 1;
}

結(jié)果：