C++ operator重载运算符教程_C++自定义操作符实现指南

运算符重载是C++中通过函数重载为自定义类型赋予标准运算符新行为的机制，可使对象像基本类型一样使用+、-、==等操作；它本质是函数重载，不能创建新运算符，且.、::、?:、sizeof等不可重载；实现方式有成员函数和全局函数两种，前者适用于左操作数为当前类对象的情况，后者结合友元支持对称转换，如int + MyString与MyString + int；例如MyString类可通过成员函数重载+实现字符串拼接，通过友元函数重载<<实现输出。

在C++中，operator重载是一项强大而灵活的特性，它允许我们为自定义类型（如类或结构体）赋予标准运算符新的行为。通过重载运算符，我们可以让对象像基本数据类型一样使用+、-、==等操作符，使代码更直观、易读。

什么是运算符重载

运算符重载的本质是函数重载。C++允许我们将特定的运算符当作函数来实现，针对用户定义的类型进行定制化处理。例如，两个复数对象可以通过+直接相加，只要我们为该类实现了operator+函数。

需要注意的是，不能创建全新的运算符，只能重载已有的C++操作符，并且部分操作符（如.、::、?:、sizeof）无法被重载。

如何重载运算符：成员函数 vs 全局函数

有两种常见方式实现运算符重载：作为类的成员函数或作为非成员的全局函数（通常声明为友元）。

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• 成员函数方式：适用于需要访问私有成员且左操作数是当前类对象的情况，如a + b中a是当前对象。
• 全局函数方式：适合需要对称转换的场景，比如希望支持int + MyString和MyString + int同时成立，这时用友元函数更合适。

假设有一个简单的字符串类：

class MyString {
private:
    char* data;
public:
    MyString(const char* str = "") {
        data = new char[strlen(str) + 1];
        strcpy(data, str);
    }
    ~MyString() { delete[] data; }
<pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">// 重载+作为成员函数
MyString operator+(const MyString& other) const {
    char* buffer = new char[strlen(data) + strlen(other.data) + 1];
    strcpy(buffer, data);
    strcat(buffer, other.data);
    MyString result(buffer);
    delete[] buffer;
    return result;
}

// 友元函数重载<<用于输出
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyString& str);

};

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再定义输出操作符：

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyString& str) {
    os << str.data;
    return os;
}

这样就可以写出类似下面的代码：

MyString a("Hello ");
MyString b("World");
MyString c = a + b;
std::cout << c; // 输出: Hello World

常用运算符的重载建议

不同类型的运算符有不同的最佳实践方式。

• 赋值运算符=：必须定义为成员函数，并返回*this，注意处理自我赋值和内存释放。
• 下标操作符[]：应提供const和非const两个版本，以便在只读上下文中也能使用。
• 递增/递减++ --：前缀形式直接返回引用；后缀形式需用一个int哑元区分，并返回临时副本。
• 关系运算符== != < 等：建议实现为非成员函数，保持对称性，便于编译器隐式转换。
• 输入输出<< >>：必须是非成员函数，通常声明为友元，以访问私有数据。

注意事项与陷阱

虽然运算符重载提升了表达力，但也容易被滥用。以下几点需特别留意：

• 不要改变运算符原有的语义。例如，用+做减法逻辑会让人困惑。
• 保持操作符的自然含义。比如==应该判断相等，而不是修改对象状态。
• 避免过度重载。不必要的重载会让代码难以理解和维护。
• 当重载返回动态资源时，考虑是否需要遵循“三法则”或“五法则”（析构函数、拷贝构造、拷贝赋值、移动构造、移动赋值）。

基本上就这些。掌握operator重载的关键在于理解其机制并合理应用，既能提升代码可读性，又能避免潜在错误。正确使用时，它是C++面向对象编程中的有力工具。不复杂但容易忽略细节，多练习几个自定义类型的操作符实现，很快就能上手。

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