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c++ 操作符重载详解与示例

c++ 操作符重载详解与示例

      • 操作符重载详解
        • 一、基本规则
        • 二、必须作为成员函数重载的运算符
          • 1. 赋值运算符 `=`
          • 2. 下标运算符 `[]`
          • 3. 函数调用运算符 `()`
          • 4. 成员访问运算符 `->`
          • 5. 转型运算符
        • 三、通常作为非成员函数重载的运算符
          • 1. 算术运算符 `+`
          • 2. 输入/输出运算符 `<<` `>>`
        • 四、特殊运算符
          • 1. 自增/自减运算符
          • 2. 比较运算符 `<=>`(C++20)
        • 五、不建议重载的运算符
          • 1. 逻辑运算符 `&&` `||`
        • 六、运算符重载综合示例
          • 智能指针实现
        • 七、不可重载的运算符
        • 最佳实践原则:

操作符重载详解

操作符重载允许为自定义类型赋予与内置类型相似的操作行为,但需遵循特定规则。以下从基本规则、实现方式、具体运算符示例及注意事项展开讲解。


一、基本规则
  1. 使用 operator 关键字
    通过定义名为 operator@ 的函数实现重载(@ 表示运算符,如 +, == 等)。

  2. 不改变运算本质

    • 不能发明新运算符(如 **)。
    • 不能改变运算符的优先级和结合性。
    • 通常不改变运算符的直观含义(如 + 应实现加法而非减法)。
  3. 参数要求

    • 参数个数与操作数相同(如 + 需两个参数)。
    • 至少一个参数为类类型(防止修改内置类型运算)。
  4. 缺省参数限制

    • operator() 外,其他运算符不能有缺省参数。

二、必须作为成员函数重载的运算符
1. 赋值运算符 =
class MyString {char* data;
public:MyString& operator=(const MyString& other) {if (this != &other) {delete[] data;data = new char[strlen(other.data)+1];strcpy(data, other.data);}return *this;}
};
2. 下标运算符 []
class Vector {int arr[10];
public:int& operator[](size_t index) { // 返回引用可修改return arr[index];}const int& operator[](size_t index) const {return arr[index];}
};
3. 函数调用运算符 ()
class Adder {
public:int operator()(int a, int b) const {return a + b;}
};
Adder add;
int sum = add(3, 5); // 输出8
4. 成员访问运算符 ->
class SmartPtr {Data* ptr;
public:Data* operator->() { return ptr; }
};
SmartPtr p;
p->func(); // 等价于(p.operator->())->func()
5. 转型运算符
class Rational {int num, den;
public:explicit operator double() const { // 禁止隐式转换return static_cast<double>(num)/den;}
};
Rational r(3,4);
double d = static_cast<double>(r);
三、通常作为非成员函数重载的运算符
1. 算术运算符 +
class Complex {double real, imag;
public:Complex(double r, double i) : real(r), imag(i) {}friend Complex operator+(const Complex& a, const Complex& b);
};Complex operator+(const Complex& a, const Complex& b) {return {a.real+b.real, a.imag+b.imag};
}
2. 输入/输出运算符 << >>
class Date {int y, m, d;friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Date& dt);friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Date& dt);
};std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Date& dt) {return os << dt.y << '-' << dt.m << '-' << dt.d;
}std::istream& operator>>(std::istream& is, Date& dt) {return is >> dt.y >> dt.m >> dt.d;
}
四、特殊运算符
1. 自增/自减运算符
class Counter {int value;
public:Counter& operator++() { // 前置++++value;return *this;}Counter operator++(int) { // 后置++Counter temp = *this;++value;return temp;}
};
2. 比较运算符 <=>(C++20)
class Point {int x, y;
public:auto operator<=>(const Point&) const = default;
};
// 自动生成 ==, !=, <, <=, >, >=
五、不建议重载的运算符
1. 逻辑运算符 && ||
// 不推荐重载,因为会失去短路特性
class BoolWrapper {bool value;
public:BoolWrapper operator&&(const BoolWrapper& other) const {return value && other.value;}
};
六、运算符重载综合示例
智能指针实现
template<typename T>
class SmartPointer {T* ptr;
public:explicit SmartPointer(T* p = nullptr) : ptr(p) {}~SmartPointer() { delete ptr; }T& operator*() const { return *ptr; }T* operator->() const { return ptr; }explicit operator bool() const { return ptr != nullptr; }
};
七、不可重载的运算符
  • 作用域解析运算符 ::
  • 成员访问运算符 .
  • 条件运算符 ?:
  • 预处理符号 # ##
最佳实践原则:
  1. 保持运算符的直观语义
  2. 对称运算符(如算术运算符)应定义为非成员函数
  3. 复合赋值运算符(如 +=)应返回左值引用
  4. 比较运算符应成对实现(C++20可用 <=> 简化)
  5. 流运算符必须定义为友元非成员函数
  6. 下标运算符应提供常量和非常量版本

示例:三维向量类

class Vector3D {double x, y, z;
public:Vector3D operator+() const { return *this; } // 正号Vector3D operator-() const { return {-x, -y, -z}; } // 负号Vector3D& operator+=(const Vector3D& rhs) {x += rhs.x;y += rhs.y;z += rhs.z;return *this;}friend Vector3D operator+(Vector3D lhs, const Vector3D& rhs) {lhs += rhs;return lhs;}friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Vector3D& v) {return os << "(" << v.x << ", " << v.y << ", " << v.z << ")";}
};

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