C++运算符重载的概念和语法

所谓重载，就是赋予新的含义。函数重载（Function
Overloading）可以让一个函数名有多种功能，在不同情况下进行不同的操作。运算符重载（Operator Overloading）也是一个道理，同一个运算符可以有不同的功能。

实际上，我们已经在不知不觉中使用了运算符重载。例如，

+

号可以对不同类型（int、float
等）的数据进行加法操作；

<<

既是位移运算符，又可以配合
cout 向控制台输出数据。C++ 本身已经对这些运算符进行了重载。

C++ 也允许程序员自己重载运算符，这给我们带来了很大的便利。

下面的代码定义了一个复数类，通过运算符重载，可以用

+

号实现复数的加法运算：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
complex();
complex(double real, double imag);
public:
//声明运算符重载
complex operator+(const complex &A) const;
void display() const;
private:
double m_real; //实部
double m_imag; //虚部
};

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

//实现运算符重载
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;
}

运行结果：
6.7 + 9.5i

本例中义了一个复数类 complex，m_real 表示实部，m_imag 表示虚部，第 10 行声明了运算符重载，第 21 行进行了实现（定义）。认真观察这两行代码，可以发现运算符重载的形式与函数非常类似。

运算符重载其实就是定义一个函数，在函数体内实现想要的功能，当用到该运算符时，编译器会自动调用这个函数。也就是说，运算符重载是通过函数实现的，它本质上是函数重载。

运算符重载的格式为：

返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){

    //TODO:

}

operator

是关键字，专门用于定义重载运算符的函数。我们可以将

operator
运算符名称

这一部分看做函数名，对于上面的代码，函数名就是

operator+

。

运算符重载函数除了函数名有特定的格式，其它地方和普通函数并没有区别。

上面的例子中，我们在 complex 类中重载了运算符

+

，该重载只对
complex 对象有效。当执行

c3
= c1 + c2;

语句时，编译器检测到

+

号左边（

+

号具有左结合性，所以先检测左边）是一个
complex 对象，就会调用成员函数

operator+()

，也就是转换为下面的形式：

c3 = c1.operator+(c2);
c1 是要调用函数的对象，c2 是函数的实参。

上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式：

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

return 语句中的

complex(this->m_real
+ A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)

会创建一个临时对象，这个对象没有名称，是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数，return
语句将该临时对象作为函数返回值。

在全局范围内重载运算符

运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数，还可以作为全局函数。更改上面的代码，在全局范围内重载

+

，实现复数的加法运算：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
complex();
complex(double real, double imag);
public:
void display() const;
//声明为友元函数
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;
}

//在全局范围内重载+
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;
}

运算符重载函数不是 complex 类的成员函数，但是却用到了 complex 类的 private 成员变量，所以必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数。

当执行

c3
= c1 + c2;

语句时，编译器检测到

+

号两边都是
complex 对象，就会转换为类似下面的函数调用：

c3 = operator+(c1, c2);

小结

虽然运算符重载所实现的功能完全可以用函数替代，但运算符重载使得程序的书写更加人性化，易于阅读。运算符被重载后，原有的功能仍然保留，没有丧失或改变。通过运算符重载，扩大了C++已有运算符的功能，使之能用于对象。