[C++] 类和对象：运算符重载

前言：

在C++中，运算符重载是一种强大的特性，它允许我们重新定义已有的运算符，以便用于用户自定义的数据类型。通过运算符重载，我们可以使得我们自定义的类对象像内置类型一样进行运算，这为编写清晰、简洁且易于理解的代码提供了便利。

为什么要进行运算符重载？

在学习运算符重载之前： 我们对于内置类型的运算是这样的：int = int + int; 但是我们对于自定义类型的类无法使用简单的运算符进行运算，我们需要特别得去写一个函数或者一段过程性代码来实现这个功能。

使用重载运算符：

• 比如说在一个日期类内有该重载

bool operator==(const Date& d2)
{
    return _year == d2._year;
        && _month == d2._month
        && _day == d2._day;	
}

该代码就是对“”运算符的重载，之后通过使用”“就可以对比日期类的两个对象（根据该运算是否有意义来决定）。 使用时的代码就是如此：d1 == d2。

运算符重载的语法

函数原型：**返回值类型 operator操作符(参数列表)** 注意：

• 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
• 重载操作符必须有一个类类型参数
• 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
• 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐

藏的this

• . * :: sizeof ? : . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出

现。

以日期类进行举例：

①非成员函数重载：

bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
    return d1._year == d2._year
        && d1._month == d2._month
        && d1._day == d2._day;
}

用d1.operator(d2)或者d1 == d2都可以实现； 由于在类外实现重载，所以没有this指针，所以可以用类内，但是C++的语法会对此进行优化直接使用d1 == d2也可以完成。

②成员函数重载：

bool operator==(const Date& d2)
{
    return _year == d2._year;
        && _month == d2._month
        && _day == d2._day;
}

类内时，左操作数为this，指向调用函数的对象，可以直接用 d1 == d2进行运算。

当运行到使用重载运算符的时候就会进行调用重载函数：

赋值运算符重载

赋值运算符重载格式

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率 返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值 **检测是否自己给自己赋值 返回*this **：要复合连续赋值的含义

//作为成员函数，赋值运算符重载函数：
// 用Date类型引用返回使得可以连续赋值
Date& operator=(const Date& d)
{
    if(this != &d)
    {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }
    return *this;
}

为什么赋值运算符重载函数为成员函数？

当尝试将赋值运算符重载函数作为静态函数进行定义时：

在C++中，赋值运算符 = 被设计为类的成员函数，这是因为它需要访问类的内部状态，并且需要能够处理自赋值的情况（即对象赋值给自己）。当你尝试将赋值运算符重载为全局函数时，会出现问题，原因如下：

1. 成员访问权限：作为全局函数，赋值运算符将无法访问类的非公共（private或protected）成员变量。成员函数可以直接访问这些成员，因为它们是类的一部分。
2. this指针：成员函数有一个隐式的指针 this，它指向调用该成员函数的对象。在成员函数内部，this 指针允许你访问对象的成员变量和其它成员函数。全局函数没有 this 指针，因此无法访问特定对象的状态。
3. 自赋值保护：成员函数版本的赋值运算符可以检查自赋值，即对象赋值给自己。这可以通过比较 this 指针和传入的右值的地址来实现。全局函数没有 this 指针，因此无法进行这种检查。
4. 语法要求：C++ 语法要求赋值运算符 = 必须是类的成员函数。尝试将其定义为非成员函数会导致编译错误，因为编译器期望赋值运算符是类的成员。
5. 语义问题：赋值运算符的语义是将一个对象的值设置为另一个对象的值。作为成员函数，它清楚地表达了这一点，因为它是在对象上直接调用的。作为全局函数，这种语义就不那么明确了。
6. 重载规则：C++ 的运算符重载规则限制了某些运算符（包括赋值运算符）只能作为成员函数重载。这是为了保持语言的一致性和防止潜在的错误使用。

因此，当尝试将赋值运算符重载为全局函数时，编译器会报错，因为它违反了C++的规则和赋值运算符的预期行为。正确的做法是将其作为类的成员函数来重载，以确保正确的访问权限、自赋值保护以及符合C++的语法和语义要求。

默认赋值运算符重载

• 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。、（值拷贝/浅拷贝 类似Date ）。
• 这个默认的赋值运算符会进行成员到成员的简单赋值，也就是逐个复制每个非引用、非指针成员变量的值。
• 如果类中包含了其他自定义类型作为其成员变量，并且这些自定义类型重载了赋值运算符 =，那么在进行类实例的赋值操作时，编译器会尝试调用这些成员变量类型的赋值运算符来完成赋值（MyQueue）。

注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必 须要实现。

前置++和后置++重载

前置++

// 由于this指向的是函数外定义的对象，所以不会销毁，使用引用返回提高效率
Date& operator++()
{
    _day += 1;
    return *this;
}

当++d1执行的时候将会返回++后的日期。

后置++

Date operator++(int)
{
    Date temp(*this);
    _day += 1;
    return temp;
}

d1++：后置++的效果是对++的对象进行处理后返回处理前的数值，所以在函数内定义一个对象进行储存++前的数据，不使用引用返回，使得在返回后构造函数，使程序正常进行。

由于前置++和后置++的源代码原本是没区别的，所以为了区别这两个，祖师爷用一种机制来进行区分使用：后置++运算符重载时，需要声明一个额外的int类型的参数，这个参数在实际使用时并不需要由程序员显式传递，而是由编译器在调用后置++时自动传递。 # 对象的流插入和流输出  ```cpp class Date { friend istream& operator>>(istream& in, Date& d); friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d); } ``` 用引用返回保证可以连续的进行使用，类似：`in >> d1 >> d2 >> d3;` ## 流输出 ( << ) 为了按照`out << d`的形式来进行使用重载运算符，所以用在类中用友元函数，这样既避免了this指针，还可以使该函数可以使用成员变量，以达到使用这种操作格式的目的。 ```cpp // 在类外实现 ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) { out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日"; return out; } ```

流输出

和流输入一样类内用友元函数。

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	int year, month, day;
	in >> year >> month >> day;

	if (month > 0 && month < 13
		&& day > 0 && day <= d.GetMonthDay(year, month))
	{
		d._year = year;
		d._month = month;
		d._day = day;
	}
	else
	{
		cout << "非法日期" << endl;
		assert(false);
	}

	return in;
}

取地址及const取地址操作符重载

对象取地址

class Date 
{
public:

    // 重载 operator&()，返回指向 Date 的常量指针  
    const Date* operator&() const 
    {
        // 这里通常应该直接返回 this，但出于示例的目的，我们可能会做一些检查或其他逻辑  
        // 但实际上，直接返回 this 是最简单和最直接的方式  
        return this;
    }

    // 注意：如果你还想要一个非 const 版本的 operator&()，你可以这样重载它  
    Date* operator&() 
    {
        // 同样的，直接返回 this  
        return this;
    }
};

int main() 
{
   Date date;

   // 使用重载的 operator&()  
   const Date* constPtrToDate = date.operator&(); // 使用成员函数调用方式  

   // 但是通常你会这样写，因为编译器会隐式地使用 & 运算符  
   const Date* anotherConstPtrToDate = &date;

   // 注意：如果你重载了非 const 版本的 operator&()，你也可以这样使用  
   Date* ptrToDate = &date; // 或者 ptrToDate = date.operator&();  

   // ... 其他代码 ...  

   return 0;
}

const this

例如在类中有以下函数：

void Print()
{
	cout << _year << _month << _day << endl;
}

当我们想在主函数中调用该函数时，有两个不同的对象，const d1（2021.2.3），d2（2031, 2,1），当我们直接调用时会发现const d1无法调用Print，这时候就涉及到了权限的放大。 d1 和 d2是作为this指针传递的，Print中的this指针是Date* this类型的，而d1是一个const Date*型的，所以无法传入d2进行调用函数。 这时候就涉及到了const this当使用const修饰this后，就可以将之前d1的权限放大变为权限平移，d2的权限平移变成权限缩小，这样就都可以实现调用。 实现代码格式如下：

// 将const加在函数后面
void Print() const
{
	cout << _year << _month << _day << endl;
}

在使用的过程中要注意： ①要修改对象成员变量的函数不能加； ②只要成员函数内部不修改成员变量，就都应该加const，这样const对象和普通对象都可以调用。 ③这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！