C++ 重载运算符（详）

C++ 重载运算符

运算符重载实质是函数的重载，所以我们先来了解一下重载函数。

一、重载函数

重载函数是函数的一种特殊情况，为方便使用，C++允许在同一范围中声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同，也就是说用同一个函数名完成不同的功能。这就是重载函数。重载函数常用来实现功能类似而所处理的数据类型不同的问题。

1.1、例程

#include <iostream>
using namespace std;
class DemoClass{
    public:
    void printNumber(int num);
    void printNumber(float num);
};
void DemoClass::printNumber(int num)
{
    cout << "int: " << num << endl;
}
void DemoClass::printNumber(float num){
    cout << "float: " << num << endl;
}

int main(void)
{
    DemoClass demoClass;
    demoClass.printNumber(1);
    demoClass.printNumber(1.1f);
    return 0;
}

输出：

int: 1
float: 1.1

1.2、备注

1. 函数名必须一致
2. 参数类型必须不同
3. 如果参数类型相同，参数个数必须不同

二、重载运算符

运算符重载，就是对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型。

又是那句话：运算符重载实质是函数的重载

2.1.1、 二元运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;
class DemoClass
{
    public:
    /*构造函数*/
    DemoClass(){}
    DemoClass(int data);

    /*重载 + 号*/
    DemoClass operator +(const DemoClass &obj);

    /*输出data*/
    void printData();
    private:
    int data;
};
int main(void)
{
    DemoClass demo1(1);
    (demo1+demo1).printData();
    return 0;
}
DemoClass::DemoClass(int data)
{
     this->data = data;
}
DemoClass DemoClass::operator +(const DemoClass &obj)
{
    return  DemoClass(obj.data+data);
}
void DemoClass::printData()
{
    cout << this->data << endl;
}

输出：

2

2.1.1、 一元运算符重载

此处一元运算符指的是 `++ -- ? ! & -(负号)等

2.1.1.1 ++ --

分为前置和后置方式，需要引入一个无用的参数作为区别。作为前置可以返回引用，作为后置只能返回临时对象(然后再自增或者自减)。

    const X& operator ++ ();//前置
    const X operator ++ (int);//后置
    const X& operator -- ();
    const X operator -- (int);

自加函数友元方式

由于后置返回的是一个临时对象，所以需要一个新建的对象存起来，就有必要定义一个拷贝构造函数。

其他一元运算符基本上没有什么特别的。大家自己体会，如果想不明白请留言。

2.2、备注

1. 由于运算符重载本质是函数的重载，所以遵循函数重载的要求。
2. 不得创造c++标准中没有的运算符。
3. 不得改变优先级和结合性，以及操作数的个数
4. 当运算符单独出现时依然是本来的用法，重载运算符只能用来进行类间的操作。
5. 除了类属关系运算符.、成员指针运算符.*、作用域运算符::、sizeof运算符和三目运算符?:此外，C++中的所有运算符都可以重载。(比如：关系运算符<,==,<=,>,>=,!=，逻辑运算符，自增自减运算符，位运算运算符，赋值运算符+=,-=,<<=,^=等但不包括=，内存运算符new,delete,new[],delete[]还有一些特殊的运算符=,[],(),->)

2.3 特殊运算符重载

2.3.1 =号运算符

每当一个类中含有指针成员的时候要特别注意。如果使用已经创建的对象进行初始化时会自动调用拷贝构造函数，如果两个对象都已经初始化好了，要用=符号进行对象间的拷贝就会出问题。什么问题呢？
上代码：

#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;

class MyString
{
public:
    MyString(const char* str){count = strlen(str);pstr = new char[count+1];strcpy(pstr, str);}
    ~MyString(){delete []pstr;}
    void display(void){cout<<pstr<<endl;}
private:
    char *pstr;
    int count;
};
int main(void)
{
    MyString s1("Hello");s1.display();
    MyString s2("World");s2.display();

    s2 = s1;//glibc detected : double free or corruption
    s2.display();

    return 0;
}

/** valgrind内存泄露工具检测结果 Invalid free() / delete / delete[] / realloc() LEAK SUMMARY: 　　definitely lost: 6 bytes in 1 blocks **/

解释：使用valgrind内存泄露检测工具检测以后发现，出现了二次释放的问题，这个问题出在代码20行，在这个位置s1指针的值被赋给了s2，但是s2原来申请的堆空间没有被释放，s1和s2指向同一块堆空间，程序结束的时候s1与s2的析构函数被调用，于是就double free了。

如何解决这个问题？答案就是重载=,当对象使用=赋值处理指针的时候释放原有的堆空间,新申请一段等长的堆空间进行拷贝，而不是两者指向同一个空间，不同的堆空间仅仅是内容一样就不会double free。

//核心代码 重载 '=' 号运算符
    MyString& operator=(MyString& ref)
    {
        if (this != &ref)
        {
            delete []pstr;//删除自己申请的空间
            count = ref.count;
            pstr = new char[count+1];//申请等长的新空间
            strcpy(pstr, ref.pstr);//拷贝内存
        }
        return (*this);
    }

2.3.2 [] 下标运算符

[]符号原规则是用来当作数组运算符，所以只允许有一个参数，不得没有参数，或者有多个参数，允许用户自定义功能。

#include <iostream>
using namespace std;

class MyArrary
{
public:
    MyArrary(int a1,int a2,int a3, int a4){arr[0]=a1;arr[1]=a2;arr[2]=a3;arr[3]=a4;}

    //operator overload : []
    int& operator[](int num)//返回引用才能进行赋值操作
    {
        if ((num < 0) || (num > 4))
        {
            cout <<"error:";
            num =  0;
        }
        return arr[num];
    }

private:
    int arr[4];
};

int main(void)
{
    MyArrary ma(1,2,3,4);
    cout << ma[0]<<endl;   //取值
    ma[0] = 5;             //赋值
    cout << ma[5]<<endl;
    return 0;
}

输出：

TODO

[]可以做左值又可以做右值，所以返回为引用，便于赋值。

2.3.2 () 括号运算符

括号通常用来访问多维数组，也可以自定义作用。同()一样可以做左值又可以做右值，所以返回引用。没有参数个数限制，允许没有参数。

#include <iostream>
using namespace std;

class DArrary
{
public:
    DArrary(int num){int i = 0; for (i = 0; i< 9;i++) arr[i/3][i%3] = num++;}
    void display(void){int i = 0;for (i = 0; i< 9;i++) cout<<arr[i/3][i%3]<<" ";cout<<endl;}

    //operator overload : () Multiple Parameters
    int& operator()(int a, int b)
    {
        return arr[a][b];
    }

    //operator overload : () Singal Parameter
    int& operator()(int a)
    {
        return arr[a/3][a%3];
    }
    //operator overload : () None Parameter
    int& operator()(void)
    {
        return arr[0][0];
    }
private:
    int arr[3][3];
};
int main(void)
{
    DArrary arr(1);arr.display();
    cout << arr(0,0) << endl;    //取值
    cout << arr(2,2) << endl;    //取值
    arr(0,0) = 11;               //赋值
    arr(2,2) = 22;               //赋值
    cout << arr(0,0) << endl;
    cout << arr(2,2) << endl;

    cout << arr(7) << endl;      //取值
    arr(7) = 33;                 //赋值
    cout << arr(7) << endl;

    cout << arr() << endl;
    arr() = 111;
    arr.display();
    return 0;
}

注意！特殊符号只能重载为非静态的成员函数，不能是友元函数和普通函数

三、重载运算符之友元函数

友元函数形式的重载运算符由于友元的特性，没有this指针,所以只要多一个参数就好了。
一般情况下，单目运算符最好重载为类的成员函数；双目运算符则最好重载为类的友元函数。

例程

    friend A operator+(A&,A&);//友元函数

自加友元
返回

    friend const CounterB operator++(CounterB& ref, int dump);//后置自加

重载运算符请尽可能的同原来的含义相同或相近，符合软件工程可理解性、可维护性的要求

参考材料：

百度百科之重载函数
百度百科之运算符重载
c++运算符重载总结_Wuyuan’s Blog
C++运算符重载——重载特殊运算符
C++运算符重载——重载一元运算符