C++ 操作符重载

操作符介绍

从微机原理中我们就知道了精简指令集计算机RISC，Reduced Instruction Set Computer中的指令分为操作符和操作数。其中操作按照参数个数分为：一元操作符和二元操作符。发展到C＋＋等高级语言时，操作符又可以根据功能分为：算术、关系、位操作、逻辑运算、成员运算、函数调用、索引（下标）、递增、递减操作符。为了理解操作符重载，简单说一些重要的操作符。

²        一元操作符（Unary Operators）

！	逻辑反
&	取地址
~	异或
*	指针去引用（dereference）
+	一元加
++	递增
-	一元负
--	递减

²        二元操作符（Binary Operator）

二元操作符的数目远大于一元操作符，如+、-、*、/、<>、!=、==、!=等，不再详细列出。

²        赋值操作符（Assignment Operators）

赋值操作符，即=，是编译器提供的默认操作符，如果操作符一个类没有赋值操作符，将使用编译器的默认赋值操作符。另外，默认操作符不能被继承，即父类虽然重载了赋值操作符，但是如果派生类没有重载此操作符，派生类将还是使用默认赋值操作符，而不是父类的的赋值操作符。最后，赋值操作符不能作为静态成员函数存在，即只能对对象实例使用此操作符。

²        函数调用操作符（Function Call Operators）

函数调用操作符，即()，常见于标准模板库STL，Standard Template Library的仿函数定义。STL的大多数算法都有带仿函数版本；所谓仿函数即是重载了函数调用操作符的类，此操作符的功能就是调用函数。

²        下标操作符(subscripting)

下标操作符，即[]，用于快速引用数组元素。所有的STL容器都提供下标操作符，如vector，如果定义了vector<int> vInts,就能使用vInts[i]的形式来访问其元素。

²        成员访问操作符（Member Access Operators）

成员访问操作符有2个：->和.，后者不能重载，主要用于访问成员变量。->的重载也比较少见，大多数情况下都不需要重载成员访问操作符。

²        递增和递减操作符（Increment and Decrement Operators）

递增操作符，即++；递减操作符，即--。需要注意的时，对于复合类型（非int等简单类型），操作符在前与后有着效率上的区分，如++a和a++，后者由于构造临时对象，所以效率更低。

²        不能重载的操作符

对于大多数编译器而言，有一些操作符都是不能重载的。

.	成员访问
.*	Pointer-to-member selection
::	作用域
?:	条件赋值
#	转换位字符串的预处理
##	预处理连接

对不同编译器而言，还有别的操作符不能重载。

操作符重载的通用原则

²        为何进行操作符重载

原因主要有这样一些：

Ø         数学计算的需要，如为复数重载+、-、*、/；

Ø         使程序变得精练，如重载<<、>>操作符使调试类变得容易；

Ø         标准库函数的需要，如仿函数需要重载()，map需要重载<；

Ø         对象间操作的需要。

Ø         操作符重载的通用原则

从编程实践中，人们总结了以下一些原则，来指导对操作符的重载：

Ø         不能定义新的操作符，只能重载；

Ø         不能重载针对简单类型的操作符；

Ø         操作符重载，只能在成员函数和友元（全局）两种方法中选择一种；

Ø         操作符的优先级等熟悉不会发生变化；

Ø         重载的操作符不能有默认参数；

Ø         除了赋值操作符和成员访问操作符.，其它操作符都能继承；

Ø         基于成员函数方式的操作符重载的第一个残杀都是调用者类型（或者派生类），不能对第一个参数进行转换。

几类重要操作符重载的说明

²        流操作符<<和>>

流操作符<<和>>分别对应C++标准库中的istream和ostream，一般而言，应该为大多数类重载此操作符；因为输出操作符可用于测试和调试，并方便调用库函数的上层应用者。另外，输出输入操作符函数一种对象持久化的低成本实现方式。

要重载流操作符，通常将此操作符定义为类的友元函数，否则类本身必须使istream和ostream的派生类；另外在重载操作符时，还通常返回istream&和ostream&，这样返回值可以作为下一个操作符的输入，从而实现操作符的链接，如cout << a1 << a2 << endl，其中a1，a2分别为实现了流操作符重载的类A的实例。

流操作符的第一个参数时istream和ostream的引用，这是因为需要更新流的内部状态；而第二个参数为类的引用，这对<<而言是为了效率（可以定义为常量引用），对>>而言是需要接受修改的内容。

²        赋值操作符=

赋值操作符的最重要问题就是深Copy的问题，即对指针成员，需要重新申请空间，在copy内容，以免两个实例的成员指向同一块地址；默认赋值操作符是浅Copy的，这时指针成员会指向同一块地址。

其次一个小技巧：需要在重载时返回*this的引用，以实现连续赋值，即a1=a2=1。

²        转换操作符()

实现类型间转换通常有2种转换方式（除去强制类型转换，如static_cast）：通过构造函数和转换操作符。通过构造函数比较容易，如：

Class MyClass

{

public:

    MyClass(const string&);

};

即实现了把类型string转换为类型MyClass。

通过转换操作符，需要在类中重载（），如：

Class MyClass

{

public:

MyClass(const string&);

operator string() const;

};

这样就能在需要的时候调用转换操作符实现转换，如string str = (string)my_class_instance。

²        逻辑操作符&&和||

这类操作符绝不能够重载，虽然编译器允许此类重载；否则，程序会变得晦涩难懂。如if((p！=0) && (strlen(p)>10)的语句中，第一个条件为true，才会检查第2个参数。如果对全局操作符&&重载，以使在任何条件下都要检查第2个参数，如if(operator&&(p!=0, strlen(p)>10))，虽然可以做，但是理解混乱了。

小结

一般而言，其它操作符（除了算术运算符、赋值操作符、下标操作符、流操作符、函数调用操作符等）最好不要去重载，因为这会造成程序可读性的降低。另外，反过来讲，用函数实现该功能却是一个更好的选择。

参考书目

²        Effective C++，Scott Meyers.

²        More Effective C++, Scott Meyers.

²        STL源码剖析，侯捷。