深入解析C++編程中的運算符重載

C++中預定義的運算符的操作對象只能是基本數據類型，實際上，對于很多用戶自定義類型，也需要有類似的運算操作。例如：

class complex {  public:  complex(double r=0.0,double I=0.0){real=r;imag=I;}  void display();  private:  double real;  double imag; }; complex a(10,20),b(5,8);

“a+b”運算如何實現？這時候我們需要自己編寫程序來說明“+”在作用于complex類對象時，該實現什么樣的功能，這就是運算符重載。運算符重載是對已有的運算符賦予多重含義，使同一個運算符作用于不同類型的數據導致不同類型的行為。
運算符重載的實質是函數重載。在實現過程中，首先把指定的運算表達式轉化為對運算符函數的調用，運算對象轉化為運算符函數的實參，然后根據實參的類型來確定需要調用達標函數，這個過程愛編譯過程中完成。

一、運算符重載的規則
運算符重載規則如下：
①、 C++中的運算符除了少數幾個之外，全部可以重載，而且只能重載C++中已有的運算符。
②、重載之后運算符的優先級和結合性都不會改變。
③、運算符重載是針對新類型數據的實際需要，對原有運算符進行適當的改造。一般來說，重載的功能應當與原有功能相類似，不能改變原運算符的操作對象個數，同時至少要有一個操作對象是自定義類型。
不能重載的運算符只有五個，它們是：成員運算符“.”、指針運算符“*”、作用域運算符“：：”、“sizeof”、條件運算符“？：”。
運算符重載形式有兩種，重載為類的成員函數和重載為類的友元函數。
運算符重載為類的成員函數的一般語法形式為：

函數類型 operator 運算符（形參表） {  函數體； }

運算符重載為類的友元函數的一般語法形式為：

friend 函數類型 operator 運算符（形參表） {  函數體； }

其中，函數類型就是運算結果類型；operator是定義運算符重載函數的關鍵字；運算符是重載的運算符名稱。
當運算符重載為類的成員函數時，函數的參數個數比原來的操作個數要少一個；當重載為類的友元函數時，參數個數與原操作數個數相同。原因是重載為類的成員函數時，如果某個對象使用重載了的成員函數，自身的數據可以直接訪問，就不需要再放在參數表中進行傳遞，少了的操作數就是該對象本身。而重載為友元函數時，友元函數對某個對象的數據進行操作，就必須通過該對象的名稱來進行，因此使用到的參數都要進行傳遞，操作數的個數就不會有變化。
運算符重載的主要優點就是允許改變使用于系統內部的運算符的操作方式，以適應用戶自定義類型的類似運算。

二、運算符重載為成員函數
對于雙目運算符B，如果要重載B為類的成員函數，使之能夠實現表達式oprd1 B oprd2,其中oprd1為類A的對象，則應當把B重載為A類的成員函數，該函數只有一個形參，形參的類型是oprd2所屬的類型。經過重載后，表達式oprd1 B oprd2 就相當于函數調用oprd1.operator B(oprd2).
對于前置單目運算符U，如“-”（負號）等，如果要重載U為類的成員函數，用來實現表達式U oprd，其中oprd為A類的對象，則U應當重載為A類的成員函數，函數沒有形參。經過重載之后，表達式U oprd相當于函數調用oprd.operator U().
對于后置運算符“++”和“- -”，如果要將它們重載為類的成員函數，用來實現表達式oprd++或oprd--，其中oprd為A類的對象，那么運算符就應當重載為A類的成員函數，這時函數要帶有一個整型形參。重載之后，表達式oprd++和oprd—就想當于函數調用oprd.operator++(0)和oprd.operator—(0);
運算符重載就是賦予已有的運算符多重含義。通過重新定義運算符，使它能夠用于特定類的對象執行特定的功能，這便增強了C++語言的擴充能力。

1. 運算符重載的作用:
運算符重載允許C/C++的運算符在用戶定義類型(類)上擁有一個用戶定義的意義。重載的運算符是函數調用的語法修飾：

class Fred{public:// ...}; #if 0// 沒有算符重載：Fred add(Fred, Fred);Fred mul(Fred, Fred); Fred f(Fred a, Fred b, Fred c){return add(add(mul(a,b), mul(b,c)), mul(c,a)); // 哈哈，多可笑...}#else// 有算符重載：Fred operator+ (Fred, Fred);Fred operator* (Fred, Fred); Fred f(Fred a, Fred b, Fred c){return a*b + b*c + c*a;}#endif

2. 可以用作重載的運算符:
算術運算符：+,-,*,/,%,++,--;
位操作運算符：&,|,~,^,＜＜,＞＞
邏輯運算符：!,&&,||;
比較運算符：＜,＞,＞=,＜=,==,!=;
賦值運算符：=,+=,-=,*=,/=,%=,&=,|=,^=,＜＜=,＞＞=;
其他運算符：[],(),-＞,,(逗號運算符),new,delete,new[],delete[],-＞*。
下列運算符不允許重載：
.,.*,::,?:

3. 運算符重載后，優先級和結合性:
用戶重載新定義運算符，不改變原運算符的優先級和結合性。這就是說，對運算符重載不改變運算符的優先級和結合性，并且運算符重載后，也不改變運算符的語法結構，即單目運算符只能重載為單目運算符，雙目運算符只能重載雙目運算符。

4. 編譯程序如何選用哪一個運算符函數:
運算符重載實際是一個函數，所以運算符的重載實際上是函數的重載。編譯程序對運算符重載的選擇，遵循著函數重載的選擇原則。當遇到不很明顯的運算時，編譯程序將去尋找參數相匹配的運算符函數。

5. 重載運算符有哪些限制:
(1) 不可臆造新的運算符。必須把重載運算符限制在C++語言中已有的運算符范圍內的允許重載的運算符之中。
(2) 重載運算符堅持4個“不能改變”。
·不能改變運算符操作數的個數；
·不能改變運算符原有的優先級；
·不能改變運算符原有的結合性；
·不能改變運算符原有的語法結構。

6. 運算符重載時必須遵循哪些原則:
運算符重載可以使程序更加簡潔，使表達式更加直觀，增加可讀性。但是，運算符重載使用不宜過多，否則會帶來一定的麻煩。
(1) 重載運算符含義必須清楚。
(2) 重載運算符不能有二義性。
運算符重載函數的兩種形式
運算符重載的函數一般地采用如下兩種形式：成員函數形式和友元函數形式。這兩種形式都可訪問類中的私有成員。

三、例子
使用全局函數重載

#include <IOSTREAM.H>  class A { public:   A(int i):i(i){};   void print(){cout<<i<<endl;}   friend A operator + (A &a, A &b);//聲明為友元   friend A operator ++(A &a, int);   friend A& operator ++(A &a);   friend A& operator +=(A &a, A &b); protected:   int i; private: };  A operator + (A &a, A &b){//重載 a + b   return A(a.i + b.i); }  A operator ++(A &a, int){//重載 a++   return A(a.i++); }  A& operator ++(A &a){//重載 ++a   a.i++;   return a; }  A& operator +=(A &a, A &b){//重載 +=   a.i += b.i;   return a; }  void main(){   A a(5);   A b(3);   (a += b).print(); }

使用成員函數重載

#include <IOSTREAM.H>  class A { public:   A(int i):i(i){};   void print(){cout<<i<<endl;}   A operator + (A &b);   A& operator += (A &b);   A operator ++(int);   A& operator ++(); protected:   int i; private: };  A A::operator + (A &b){//重載 +   return A(i + b.i); }  A& A::operator+= (A &b){   i += b.i;   return *this; }  A A::operator++ (int){//i++   return A(i++); }  A& A::operator ++(){//++i   i++;   return *this; }  void main(){   A a = 2;   A b = 3;   (++a).print();   (b++).print(); }