C++運算符重載的概念和語法

所謂重載，就是賦予新的含義。函數重載（Function Overloading）可以讓一個函數名有多種功能，在不同情況下進行不同的操作。運算符重載（Operator Overloading）也是一個道理，同一個運算符可以有不同的功能。

實際上，我們已經在不知不覺中使用了運算符重載。例如，+號可以對不同類型（int、float 等）的數據進行加法操作；<<既是位移運算符，又可以配合 cout 向控制台輸出數據。C++ 本身已經對這些運算符進行了重載。

C++ 也允許程序員自己重載運算符，這給我們帶來了很大的便利。

下面的代碼定義了一個復數類，通過運算符重載，可以用+號實現復數的加法運算：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
    complex();
    complex(double real, double imag);
public:
    //聲明運算符重載
    complex operator+(const complex &A) const;
    void display() const;
private:
    double m_real;  //實部
    double m_imag;  //虛部
};

complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }

//實現運算符重載
complex complex::operator+(const complex &A) const{
    complex B;
    B.m_real = this->m_real + A.m_real;
    B.m_imag = this->m_imag + A.m_imag;
    return B;
}

void complex::display() const{
    cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}

int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();
 
    return 0;
}

運行結果：
6.7 + 9.5i

本例中義了一個復數類 complex，m_real 表示實部，m_imag 表示虛部，第 10 行聲明了運算符重載，第 21 行進行了實現（定義）。認真觀察這兩行代碼，可以發現運算符重載的形式與函數非常類似。

運算符重載其實就是定義一個函數，在函數體內實現想要的功能，當用到該運算符時，編譯器會自動調用這個函數。也就是說，運算符重載是通過函數實現的，它本質上是函數重載。

運算符重載的格式為： 返回值類型 operator 運算符名稱 (形參表列){
    //TODO:
} operator是關鍵字，專門用於定義重載運算符的函數。我們可以將operator 運算符名稱這一部分看做函數名，對於上面的代碼，函數名就是operator+。

運算符重載函數除了函數名有特定的格式，其它地方和普通函數並沒有區別。

上面的例子中，我們在 complex 類中重載了運算符+，該重載只對 complex 對象有效。當執行c3 = c1 + c2;語句時，編譯器檢測到+號左邊（+號具有左結合性，所以先檢測左邊）是一個 complex 對象，就會調用成員函數operator+()，也就是轉換為下面的形式：

c3 = c1.operator+(c2);

c1 是要調用函數的對象，c2 是函數的實參。

上面的運算符重載還可以有更加簡練的定義形式：

complex complex::operator+(const complex &A)const{
    return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);
}

return 語句中的complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)會創建一個臨時對象，這個對象沒有名稱，是一個匿名對象。在創建臨時對象過程中調用構造函數，return 語句將該臨時對象作為函數返回值。

在全局范圍內重載運算符

運算符重載函數不僅可以作為類的成員函數，還可以作為全局函數。更改上面的代碼，在全局范圍內重載+，實現復數的加法運算：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
    complex();
    complex(double real, double imag);
public:
    void display() const;
    //聲明為友元函數
    friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
private:
    double m_real;
    double m_imag;
};

complex operator+(const complex &A, const complex &B);

complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
void complex::display() const{
    cout<<m_real<<" + "<<m_imag<<"i"<<endl;
}

//在全局范圍內重載+
complex operator+(const complex &A, const complex &B){
    complex C;
    C.m_real = A.m_real + B.m_real;
    C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
    return C;
}

int main(){
    complex c1(4.3, 5.8);
    complex c2(2.4, 3.7);
    complex c3;
    c3 = c1 + c2;
    c3.display();
 
    return 0;
}

運算符重載函數不是 complex 類的成員函數，但是卻用到了 complex 類的 private 成員變量，所以必須在 complex 類中將該函數聲明為友元函數。

當執行c3 = c1 + c2;語句時，編譯器檢測到+號兩邊都是 complex 對象，就會轉換為類似下面的函數調用：

c3 = operator+(c1, c2);

小結

雖然運算符重載所實現的功能完全可以用函數替代，但運算符重載使得程序的書寫更加人性化，易於閱讀。運算符被重載後，原有的功能仍然保留，沒有喪失或改變。通過運算符重載，擴大了C++已有運算符的功能，使之能用於對象。