运算符重载简介

我们之前学习过函数重载。它提供了一种机制：只要每个函数都有唯一的函数原型，就可以创建多个同名函数，并根据调用方式选择对应版本。这让您可以为不同的数据类型创建函数变体，而不必为每个变体单独起名。

在C++中，运算符被实现为函数。通过对运算符函数使用函数重载，您可以为不同的数据类型（包括您编写的类）定义自己的运算符版本。使用函数重载来重载运算符，就称为运算符重载。

在本章中，我们将研究与运算符重载相关的主题。

运算符作为函数

考虑以下示例：

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int x { 2 };
int y { 3 };
std::cout << x + y << '\n';

编译器提供了用于整数操作数的加号运算符（+）内置版本。该函数会将整数x和y相加，并返回整数结果。当您看到表达式x+y时，可以在脑中把它理解为函数调用operator+（x，y）（其中operator+是函数名）。

现在考虑这个类似的片段：

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double z { 2.0 };
double w { 3.0 };
std::cout << w + z << '\n';

编译器也提供了用于double的加号运算符（+）内置版本。表达式w+z会被视为函数调用operator+（w，z），函数重载则用于确定编译器应调用double版本，而不是整数版本。

现在考虑一下如果我们尝试添加程序定义类的两个对象会发生什么：

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Mystring string1 { "Hello, " };
Mystring string2 { "World!" };
std::cout << string1 + string2 << '\n';

在这种情况下，您希望发生什么？直观的预期结果是屏幕上打印字符串“Hello，World！”。然而，由于Mystring是程序定义的类型，编译器没有可用于Mystring操作数的加号运算符内置版本，因此会产生编译错误。为了让它按预期工作，我们需要编写一个重载函数，告诉编译器“operator+”应该如何处理两个Mystring类型的操作数。下一课我们会看看如何做到这一点。

重载运算符决议

在计算包含运算符的表达式时，编译器使用以下规则：

1. 如果所有操作数都是基本数据类型，则编译器将调用内置函数（如果存在）。如果不存在，编译器将产生编译器错误。
2. 如果任一操作数是程序定义的类型（例如类或枚举类型），编译器将使用函数重载决议算法，尝试找到明确的最佳匹配重载运算符。这可能涉及对一个或多个操作数进行隐式转换，以匹配重载运算符的参数类型。它也可能涉及通过重载类型转换（将在本章后面介绍），将程序定义的类型隐式转换为基本类型，从而匹配内置运算符。如果找不到匹配项（或匹配结果不明确），编译器将报错。

运算符重载的限制是什么？

首先，C++中几乎所有现有运算符都可以重载。例外包括：条件运算符（？：）、sizeof、作用域运算符（::）、成员选择运算符（.）、指针成员选择运算符（.*）、typeid和cast运算符。

其次，只能重载已经存在的运算符。不能创建新运算符，也不能重命名现有运算符。例如，不能创建“operator**”来执行指数运算。

第三，重载运算符中至少有一个操作数必须是用户定义的类型。这意味着您可以重载operator+(int，Mystring)，但不能重载operater+(int、double)。

由于标准库类也被视为用户定义类型，这意味着您可以定义operator+(double，std::string)。然而，这并不是一个好主意，因为未来的语言标准可能会定义这个重载，从而破坏依赖您这个重载的程序。因此，最佳实践是：重载运算符应至少作用于一个程序定义的类型。这样可以避免未来语言标准潜在地破坏您的程序。

第四，不能更改运算符支持的操作数个数。

最后，所有运算符都会保留其默认优先级和结合性（无论它们用于什么），这一点不能更改。

一些新的程序员试图重载按位异或运算符（^）以进行求幂。然而，在C++中，运算符^的优先级低于基本算术运算符，这会导致表达式计算不正确。

在基础数学中，求幂是在基本算术之前进行的，因此4+3^2解析为4+(3^2)=>4+9=>13。然而，在C++中，算术运算符的优先级高于运算符^，因此4+3^2解析为(4+3)^2=>7^2=>49。

每次使用指数部分时，都需要显式地用括号括起来（例如4+(3^2)），这样才能正常工作。这并不直观，也容易出错。

由于这个优先级问题，通常最好只按照接近原始意图的方式使用运算符。

此外，由于运算符没有描述性名称，因此它们的含义并不总是一目了然。例如，operator+用于字符串类的字符串连接可能很合理。但operator-呢？你希望它做什么？

最后，重载运算符应以与原始运算符一致的方式返回值。不修改其操作数的运算符（例如算术运算符）通常应按值返回结果。修改其最左侧操作数的运算符（例如，++、任何赋值运算符）通常应通过引用返回最左侧的操作数。

在这些限制内，您仍然可以为自定义类重载许多有用的功能！您可以重载+运算符来连接程序定义的字符串类，或者将两个分数类对象相加。您可以重载«运算符，以便将类输出到屏幕（或文件）。也可以重载相等运算符（==）来比较两个类对象。这使得运算符重载成为C++中非常有用的功能之一，因为它允许您以更直观的方式处理类。

在接下来的课程中，我们将更深入地研究重载不同类型的运算符。

不要使用operator作为变量名

在C++中，「operator」是用来定义运算符重载的关键字。需要避免使用任何 C++ 关键字作为变量名、函数名或类名。

编译器在解析代码时会将其视为语法的一部分。如果你这样写：

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int operator = 10;  // 错误：编译失败

编译器会报错，因为它会尝试将「operator=」解析为一个赋值运算符重载函数，但这里的语法并不正确，因此编译失败。

如果你原本想起名叫 operator，可以用一些语义相近、但不会冲突的名字，例如「op」。