C++ 運算符重載的基本概念

01 運算符重載的需求

C++ 預定義的運算符，只能用於基本數據類型的運算：整型、實型、字元型、邏輯型等等，且不能用於對象的運算。但是我們有時候又很需要在對象之間能用運算符，那麼這時我們就要重載運算符，使得運算符能用於對象之間的運算。

比如，在數學上，兩個複數可以直接進行+、-等運算，但在C++中，直接將+或-用於複數對象是不允許的。有時會希望，讓對象也能通過運算符進行運算。這樣代碼就更簡潔，也容易理解。

例如：

complex_a 和 complex_b 是兩個複數對象，求兩個複數的和，希望的能直接寫成：complex_a + complex_b

這時我們就需要對 + 號運算符進行重載。

02 運算符重載的形式

運算符重載的實質就是函數重載，可以重載為普通函數，也可以重載為成員函數。運算符重載的基本形式如下：

返回值類型 operator 運算符(形參表)
{
    ...
}

下麵舉個例子，實現對複數對象的 + 和 - 運算符重載：

class Complex // 複數類
{
public:
    // 構造函數，如果不傳參數，預設把實部和虛部初始化為0
    Complex(double r = 0.0, double i = 0.0):m_real(r),m_imag(i) {  }

    // 重載-號運算符，屬於成員函數
    Complex operator-(const Complex & c)
    {
        // 返回一個臨時對象
        return Complex(m_real - c.m_real, m_imag - c.m_imag);
    }

    // 列印複數
    void PrintComplex()
    {
        cout << m_real << "," << m_imag << endl;
    }
    
    // 將重載+號的普通函數，定義成友元函數
    // 目的是為了友元函數能訪問對象的私有成員
    friend Complex operator+(const Complex &a, const Complex &b);
    
private:
    double m_real;  // 實部的值
    double m_imag;  // 虛部的值
};

// 重載+號運算符，屬於普通函數，不是對象的成員函數
Complex operator+(const Complex &a, const Complex &b)
{
    // 返回一個臨時對象
    return Complex(a.m_real + b.m_real, a.m_imag + b.m_imag);
}

int main() 
{
    Complex a(2,2);
    Complex b(1,1);
    Complex c;

    c = a + b; // 等價於c = operator+(a,b)
    c.PrintComplex();

    c = a - b; // 等價於 c = a.operator-(b)
    c.PrintComplex();

    return 0;
}

輸出結果：

3,3
1,1

從上面的例子中，我們可以知道重載為成員函數和普通函數的區別了：

• 重載為成員函數時，參數個數為運算符目數減一。如：c = a - b; 等價於 c = a.operator-(b)
• 重載為普通函數時，參數個數為運算符目數。如：c = a + b; 等價於c = operator+(a,b)

在上面的代碼中，我把重載 + 號運算符的普通函數，在Complex複數類中定義成了友元函數，目的是為了友元函數能訪問對象的私有成員，否則會編譯報錯。

03 +號和-號重載函數的返回值和參數表

這裡還有個值得思考的問題：

• 為什麼重載-號和+號運算符函數的返回類型是Complex對象而不是Complex &呢？
• 為什麼重載-號和+號的運算符函數的參數表是const Complex & c常引用類型而不是Complex c呢？

// 重載-號運算符，屬於成員函數
Complex Complex::operator-(const Complex & c)
{
    // 返回一個臨時對象
    return Complex(m_real - c.m_real, m_imag - c.m_imag);
}

首先先說一下參數表為什麼是const Complex & c常引用類型，首先如果參數表如果普通的對象形式Complex c，那麼在入參的時候，就會調用預設的賦值（拷貝）構造函數，產生了一個臨時對象，這會增大開銷，所以就採用引用的方式，同時又為了防止引用的對象被修改，所以就定義成了const Complex & c常引用類型。

再來說一下返回值為什麼是普通Complex對象，因為本次 - 號和 + 號運算符的函數執行之後，需要返回一個新的對象給到左值。