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在 C++ 中，运算符重载允许程序员为自定义类型（如类和结构体）重新定义运算符的行为，使得这些运算符可以用于自定义类型的对象。这样可以让代码更加直观和自然。下面从基本概念、语法、注意事项以及示例几个方面详细介绍 C++ 运算符重载。

基本概念

运算符重载本质上是一种函数重载，通过定义一个特殊的函数（运算符重载函数）来实现。当对自定义类型的对象使用被重载的运算符时，编译器会自动调用相应的运算符重载函数。

语法

运算符重载函数的一般形式如下：

返回类型 operator运算符(参数列表) {// 函数体
}

• 返回类型：指定运算符重载函数的返回值类型。
• operator：是 C++ 中的关键字，用于声明一个运算符重载函数。
• 运算符：要重载的运算符，如 +、-、*、/ 等。
• 参数列表：根据运算符的不同，参数列表可以包含一个或多个参数。

注意事项

• 不能重载的运算符：.（成员访问运算符）、.*（成员指针访问运算符）、::（作用域解析运算符）、?:（条件运算符）、sizeof（求字节数运算符）。
• 运算符的优先级和结合性：重载运算符不会改变运算符的优先级和结合性。
• 至少有一个操作数是自定义类型：运算符重载的目的是为自定义类型提供特殊的运算行为，因此至少有一个操作数必须是自定义类型（如类或结构体）。

示例

1. 重载 + 运算符

#include <iostream>class Complex {
private:double real;double imag;
public:Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) {}// 重载 + 运算符Complex operator+(const Complex& other) const {return Complex(real + other.real, imag + other.imag);}// 输出复数void display() const {std::cout << real;if (imag >= 0) {std::cout << " + " << imag << "i" << std::endl;} else {std::cout << " - " << -imag << "i" << std::endl;}}
};int main() {Complex c1(1.0, 2.0);Complex c2(3.0, 4.0);Complex c3 = c1 + c2;std::cout << "c1: ";c1.display();std::cout << "c2: ";c2.display();std::cout << "c1 + c2: ";c3.display();return 0;
}

在上述代码中，我们定义了一个 Complex 类来表示复数。通过重载 + 运算符，我们可以直接使用 + 对两个 Complex 对象进行加法运算。

2. 重载 << 运算符（用于输出流）

#include <iostream>class Point {
private:int x;int y;
public:Point(int x = 0, int y = 0) : x(x), y(y) {}// 重载 << 运算符（作为友元函数）friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {os << "(" << p.x << ", " << p.y << ")";return os;}
};int main() {Point p(3, 4);std::cout << "Point: " << p << std::endl;return 0;
}

在这个示例中，我们重载了 << 运算符，使得可以直接使用 std::cout 输出 Point 对象。需要注意的是，<< 运算符通常作为友元函数进行重载，因为它的第一个参数是 std::ostream& 类型。

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在 C++ 中，运算符重载允许程序员为自定义类型（如类和结构体）重新定义运算符的行为，使其能够像内置类型一样进行运算符操作。下面详细介绍 C++ 中运算符重载实现的原理。

基本概念

运算符重载实际上是一种特殊的函数重载，它允许程序员为已有的运算符赋予新的功能，以适应自定义类型的操作。运算符重载的本质是定义一个函数，该函数名由关键字 operator 后跟要重载的运算符组成。

实现步骤

1. 定义运算符重载函数

运算符重载函数可以是类的成员函数，也可以是类的友元函数或普通的全局函数。以下是不同类型的运算符重载函数的定义方式：

• 成员函数形式

class Complex {
private:double real;double imag;
public:Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {}// 重载 + 运算符，成员函数形式Complex operator+(const Complex& other) const {return Complex(real + other.real, imag + other.imag);}
};

在成员函数形式的运算符重载中，this 指针隐式地表示左操作数，而函数参数表示右操作数。

• 友元函数形式

class Complex {
private:double real;double imag;
public:Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {}// 声明友元函数friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);
};// 实现友元函数形式的 + 运算符重载
Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2) {return Complex(c1.real + c2.real, c1.imag + c2.imag);
}

友元函数可以访问类的私有成员，它没有 this 指针，因此需要显式地将两个操作数作为参数传递。

• 全局函数形式
  如果运算符重载函数不涉及访问类的私有成员，也可以定义为普通的全局函数。

2. 调用运算符重载函数

当使用重载的运算符时，编译器会根据操作数的类型自动调用相应的运算符重载函数。例如：

int main() {Complex c1(1, 2);Complex c2(3, 4);Complex c3 = c1 + c2;  // 调用运算符重载函数return 0;
}

在上述代码中，c1 + c2 实际上会调用 operator+ 函数进行复数的加法运算。

实现原理

编译器的处理过程

• 解析运算符表达式：当编译器遇到一个使用了重载运算符的表达式时，它会根据操作数的类型来确定是否存在合适的运算符重载函数。
• 查找匹配的函数：编译器会在当前作用域内查找与操作数类型匹配的运算符重载函数。如果找到了匹配的函数，就会调用该函数进行运算。
• 调用函数：一旦找到匹配的运算符重载函数，编译器会将运算符表达式转换为对该函数的调用。例如，c1 + c2 会被转换为 c1.operator+(c2)（成员函数形式）或 operator+(c1, c2)（友元函数或全局函数形式）。

注意事项

• 不能重载的运算符：在 C++ 中，有一些运算符是不能被重载的，如 .（成员访问运算符）、.*（成员指针访问运算符）、::（作用域解析运算符）、?:（条件运算符）和 sizeof 运算符。
• 运算符的优先级和结合性：运算符重载不会改变运算符的优先级和结合性，它们仍然遵循 C++ 语言的规定。

总结

C++ 中的运算符重载通过定义特殊的函数来为自定义类型重新定义运算符的行为。编译器会根据操作数的类型自动调用相应的运算符重载函数，从而实现自定义类型的运算符操作。