【3. C++ 运算符重载与函数重载】

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前言

在 C++ 中，我们可以使用函数重载和运算符重载来提高代码的可读性和复用性。本文将带你深入理解这两个概念，并通过创新示例来展示它们的强大之处。

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1. 函数重载（Function Overloading）

函数重载允许在同一作用域内定义多个同名但参数列表不同的函数。当调用重载函数时，编译器会根据传递的参数类型和数量，自动选择最匹配的函数版本。

1.1 规则

• 函数名相同，参数列表必须不同（参数的数量、类型或顺序需有区别）。
• 不能仅凭返回类型的不同来区分重载函数。
• 重载函数通常用于提供不同类型的输入支持，使代码更具通用性。

1.2 示例：多种数据类型的打印

#include 
using namespace std;

class Printer {
public:
    void print(int num) {
        cout << "[整数] " << num << endl;
    }

    void print(double num) {
        cout << "[浮点数] " << num << endl;
    }

    void print(const string& text) {
        cout << "[字符串] " << text << endl;
    }
};

int main() {
    Printer printer;
    printer.print(42);
    printer.print(3.14159);
    printer.print("Hello, C++!");
    return 0;
}

示例输出：

[整数] 42
[浮点数] 3.14159
[字符串] Hello, C++!

1.3 典型应用场景

• 数学运算：同一函数可接收 int 和 double 类型参数。
• 日志系统：根据数据类型格式化输出。
• 文件 I/O：同一 write() 函数可支持字符串、整数、二进制数据等多种输入。

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2. 运算符重载（Operator Overloading）

C++ 允许重载大部分运算符，以适应自定义类型的操作。例如，我们可以重载 + 运算符来实现两个对象相加。

2.1 规则

• 不能改变运算符的优先级和结合性。
• 不能改变操作数的个数（如 + 必须是二元运算，不能改为一元）。
• 不能重载 .、::、sizeof、?: 等特殊运算符。
• 可以通过成员函数或友元函数来实现。

2.2 示例：重载 + 计算体积

#include 
using namespace std;

class Box {
private:
    double length, width, height;
public:
    Box(double l = 0, double w = 0, double h = 0) : length(l), width(w), height(h) {}

    double getVolume() const {
        return length * width * height;
    }

    Box operator+(const Box& other) const {
        return Box(length + other.length, width + other.width, height + other.height);
    }
};

int main() {
    Box box1(3, 4, 5);
    Box box2(6, 7, 8);
    Box box3 = box1 + box2;

    cout << "Box1 体积: " << box1.getVolume() << endl;
    cout << "Box2 体积: " << box2.getVolume() << endl;
    cout << "Box3 体积: " << box3.getVolume() << endl;
    return 0;
}

示例输出：

Box1 体积: 60
Box2 体积: 336
Box3 体积: 1335

2.3 友元函数方式重载运算符

除了成员函数，我们还可以使用友元函数进行重载。这种方法更适用于对称运算符，如 +、- 等。

class Point {
private:
    int x, y;
public:
    Point(int x = 0, int y = 0) : x(x), y(y) {}

    friend Point operator+(const Point& p1, const Point& p2);

    void display() const {
        cout << "(" << x << ", " << y << ")" << endl;
    }
};

Point operator+(const Point& p1, const Point& p2) {
    return Point(p1.x + p2.x, p1.y + p2.y);
}

int main() {
    Point p1(2, 3), p2(5, 7);
    Point p3 = p1 + p2;
    p3.display();
    return 0;
}

示例输出：

(7, 10)

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3. 函数重载与运算符重载的结合

运算符重载本质上也是函数，因此也可以进行函数重载。

class Number {
public:
    int value;
    Number(int v) : value(v) {}

    Number operator+(const Number& num) {
        return Number(value + num.value);
    }

    Number operator+(int num) {
        return Number(value + num);
    }
};

int main() {
    Number n1(10), n2(20);
    Number n3 = n1 + n2;
    Number n4 = n1 + 100;

    cout << "n3: " << n3.value << endl;
    cout << "n4: " << n4.value << endl;
    return 0;
}

示例输出：

n3: 30
n4: 110

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总结

• 函数重载 提供了更灵活的接口，使相同函数名可以适应不同类型的输入。
• 运算符重载 允许自定义对象使用类似内置数据类型的运算符，提高代码可读性。
• 运算符重载可以通过成员函数或友元函数实现，友元函数适用于双目运算。
• 运算符重载和函数重载可以结合使用，增强代码的扩展性和灵活性。

通过本篇博客的讲解，相信你已经掌握了 C++ 运算符重载和函数重载的核心概念及其实际应用。希望这些示例能帮助你更好地编写高效、可读性强的 C++ 代码！

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