C++ 二元运算符重载

C++二元运算符重载是面向对象编程中一项强大的特性，允许程序员重新定义已有运算符（如+、-、*等）在自定义类或结构体中的行为。通过运算符重载，可以使代码更直观、更接近数学表达形式。

简介

在C++中，二元运算符是指需要两个操作数的运算符，例如加法运算符+、减法运算符-、乘法运算符*等。通过重载这些运算符，我们可以为自定义类型（如类或结构体）定义它们的行为。

运算符重载的语法如下：

返回类型 operator运算符(参数列表) {
    // 运算符的实现
}

二元运算符重载的基本形式

二元运算符可以重载为成员函数或非成员函数（通常为友元函数）。以下是两种形式的对比：

作为成员函数

当运算符重载为成员函数时，左侧操作数是调用对象，右侧操作数作为参数传递：

class MyClass {
public:
    MyClass operator+(const MyClass& other) const {
        // 实现加法运算
    }
};

作为非成员函数

当运算符重载为非成员函数时，两个操作数都作为参数传递：

MyClass operator+(const MyClass& lhs, const MyClass& rhs) {
    // 实现加法运算
}

代码示例：复数类的加法运算

以下是一个完整的示例，展示如何重载+运算符来实现复数的加法：

#include <iostream>

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;

public:
    Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) {}

    // 成员函数形式的运算符重载
    Complex operator+(const Complex& other) const {
        return Complex(real + other.real, imag + other.imag);
    }

    void display() const {
        std::cout << real << " + " << imag << "i" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Complex c1(3.0, 4.0);
    Complex c2(1.0, 2.0);
    Complex c3 = c1 + c2; // 使用重载的+运算符

    c3.display(); // 输出: 4 + 6i
    return 0;
}

输出:

4 + 6i

运算符重载的限制

1. 不能创建新的运算符，只能重载已有的运算符。 2. 不能改变运算符的优先级和结合性。 3. 不能改变运算符的操作数个数（二元运算符必须有两个操作数）。 4. 部分运算符（如::、.、.*等）不能重载。

实际应用案例：矩阵运算

运算符重载在实际开发中非常有用，特别是在数学相关的类中。例如，我们可以为矩阵类重载+和*运算符：

class Matrix {
private:
    std::vector<std::vector<int>> data;
    // ... 其他成员函数

public:
    Matrix operator+(const Matrix& other) const {
        // 实现矩阵加法
    }

    Matrix operator*(const Matrix& other) const {
        // 实现矩阵乘法
    }
};

运算符重载的常见用途

运算符	常见用途
+, -, *, /	数学运算
==, !=	比较运算
<<, >>	流输入输出
[]	数组下标访问
()	函数调用

运算符重载的注意事项

1. 保持运算符的直观含义，不要赋予运算符与常规理解相悖的行为。 2. 考虑运算符的对称性，特别是比较运算符。 3. 对于需要访问私有成员的运算符，可以声明为友元函数。

进阶：返回类型优化

对于某些运算符（如+），可以考虑返回右值引用或使用移动语义来提高性能：

Complex operator+(Complex&& lhs, const Complex& rhs) {
    lhs.real += rhs.real;
    lhs.imag += rhs.imag;
    return std::move(lhs);
}

总结

C++二元运算符重载是一项强大的特性，可以让自定义类型的使用更加自然和直观。通过合理使用运算符重载，可以编写出更清晰、更易维护的代码。然而，也要注意不要滥用这一特性，保持运算符行为的直观性和一致性。

对于初学者，建议从简单的数学运算符开始练习，逐步掌握更复杂的运算符重载技术。