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C++类中的运算符重载过程

作者：gemluoye

文章介绍了运算符重载在C++中的重要性以及实现方法,包括加法运算符重载、左移运算符重载、递增运算符重载、+=运算符重载、关系运算符重载和赋值运算符重载

为什么要实现运算符重载？

在 C++ 中，运算符最初是为内置类型（如int、double等）定义操作方式。当定义一个新的类（自定义类型）时，编译器并不清楚如何对这个新类型的成员变量应用运算符。

通过运算符重载，程序员可以明确地告诉编译器对于该类的对象，运算符（如+、-、*等）应该如何操作其成员变量，从而使自定义类型能够像内置类型一样自然地使用这些运算符。

1.加法运算符重载

作用：实现两个自定义类型数据的加法运算

在类内实现加法运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
    int age;
    int money;

public:
    Person() : money(0), age(0) {}
    Person(int val, int val2) : age(val), money(val2) {}
    Person(const Person& other) {
        this->age = other.age;
        this->money = other.money;
    }
    // 类内实现+重载 本质：Person p3=p1.operator+(p2)
    Person operator+(const Person& other) {
        Person p;
        p.age = this->age + other.age;
        p.money = this->money + other.money;
        return p; // 不以引用返回是因为，在执行完这个函数后，p会被销毁，以值传递会调用拷贝构造
    }
    void print() { cout << age << " " << money << endl; }
};

int main() {
    Person a(18, 50);    // 括号法
    Person b = {12, 50}; // 隐式转换法
    Person c = a + b;
    c.print();
    return 0;
}

实现加法运算符重载的operator+函数来完成的，传入的参数为const Person& other的原因有以下的两点：

在函数中声明了一个Person的对象p，返回值是以值的形式返回，因为值返回会调用拷贝构造，如果是以引用的方式传递，当这个函数结束时，对象p就会被销毁掉。

在类外实现加法运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
    int age;
    int money;
    friend Person operator+(const Person& other1, const Person& other2);

public:
    Person() : money(0), age(0) {}
    Person(int val, int val2) : age(val), money(val2) {}
    Person(const Person& other) {
        this->age = other.age;
        this->money = other.money;
    }
    void print() { cout << age << " " << money << endl; }
};
// 类外实现+重载 本质：Person p3=operator+(p1,p2)
Person operator+(const Person& other1, const Person& other2) {
    Person p;
    p.age = other1.age + other2.age;
    p.money = other1.money + other2.money;
    return p;
}
int main() {
    Person a(18, 50);    // 括号法
    Person b = {12, 50}; // 隐式转换法
    Person c = a + b;
    c.print();
    return 0;
}

在类外实现加法运算符重载，相当于类外函数访问类内的成员变量，所以要将这个函数在类中声明为友元函数（friend）。其他的跟在类内实现加法运算符重载是一样的。

本质：在类内实现加法运算符重载的本质是：Person p3=p1.operator(p2）

在类外实现加法运算符重载的本质是：Person p3=operator+(p1,p2)

因为一个是通过对象去调用这个函数，它本身也算是一个参数，所以只需要传人一个参数。而在类外，则是相当于直接调用这个函数，所以传入的参数是两个。

无论是再类内还是在类外实现加法运算符重载，最后调用的方式都是+。

2.左移运算符重载

作用：可以输出自定义数据类型

要在类外实现，因为在类内的话，调用格式为：对象.operator();无法达到cout<<

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
    int age;
    int money;

public:
    friend ostream& operator<<(ostream& o, const Person& p);
    Person() : age(0), money(0) {}
    Person(int val, int val2) : age(val), money(val2) {}
    Person(const Person& other) {
        cout << "调用拷贝构造";
        this->age = other.age;
        this->money = other.money;
    }
    // 一般不在函数内进行左移重载
    /*void operator<<(ostream& cout,const Person p) {

    }*/
};
// 类外实现左移运算符重载
ostream& operator<<(ostream& o, const Person& p) {
    o << p.age << " " << p.money << endl;
    return o;
}
int main() {
    Person a(5, 12), b;
    cout << a << b << endl;
    return 0;
}

因为是在类外实现的，所以在类内要将其设置为友元函数。参数为两个，一个为ostream类型的o，另外一个为引用类型的对象。

返回值为引用类型的ostream类型的ostream，因为如果想要进行连续的输出，就必须让前一个的结果作为第二个左移运算符的第一个参数，如下图：

在o<<p.age的返回值为o，然后它与后面就变成了o<<" "，接着又调用这个运算符，这样才能完成连续的输出。

3.递增运算符重载

递增分为两种一种是前++，一种是后++。前++是在使用之前就让这个数加1，返回的是加1之后的结果。而后++是先返回这个数再进行加一操作。

前++返回的是引用，后++返回的是值。

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
    int age;
    int money;

public:
    Person() : age(0), money(0) {}
    Person(int val, int val2) : age(val), money(val2) {}
    Person(const Person& other) {
        this->age = other.age;
        this->money = other.money;
    }
    // 前置++的重载  返回引用
    Person& operator++() { // 保证是对一个数进行++
        this->age++;
        this->money++;
        return *this;
    }
    // 后置++的重载 加一个int参数占位符区分 返回值
    Person operator++(int) {
        Person temp = *this; // 用一个局部变量返回++之前的结果
        this->age++;
        this->money++;
        return temp;
    }
    void print() { cout << age << " " << money; }
};
int main() {
    Person p(5, 12);
    ++p;
    p.print();
    return 0;
}

对前++和后++都是operator++，所以为了区分，对于后++来说，需要加一个参数占位符来进行区分。

在返回值这块，前++返回的是引用，因为要的是它进行加一之后的结果，所以可以直接返回这个对象。

而后++则返回的是一个值，因为要返回的是它加一之前的结果，所以需要一个局部变量返回++之前的结果。

4.+=运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
    int age;
    int money;

public:
    friend ostream& operator<<(ostream& o, const Person& p);
    Person() : age(0), money(0) {}
    Person(int val, int val2) : age(val), money(val2) {}
    Person(const Person& other) {
        this->age = other.age;
        this->money = other.money;
    }
    Person& operator+=(const Person& other) {
        this->age += other.age;
        this->money += other.money;
        return *this;
    }
    void print() { cout << age << " " << money; }
};
ostream& operator<<(ostream& o, const Person& p) {
    o << p.age << " " << p.money << endl;
    return o;
}
int main() {
    Person a(1, 1), b(2, 2), c(3, 3);
    a += b += c;
    cout << a << b << c;
    return 0;
}

+=运算符的返回值也是对象本身，因为会涉及到连续+=的情况，和左移运算符的重载类似。

这样才能实现连续+=的实现。如上面代码运行的结果为：

要注意运算的顺序是从右往左进行计算的。

5.关系运算符和赋值运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;
class A {
    int num;
    int* p;

public:
    A() : num(0), p(nullptr) {}
    A(int x) : num(x), p(new int(num)) {}
    A(const A& other) { this->num = other.num; }
    bool operator>(const A& other) {
        if (this->num > other.num)
            return 1;
        else
            return 0;
    }
    bool operator==(const A& other) {
        if (this->num == other.num)
            return 1;
        else
            return 0;
    }
    A& operator=(const A& other) {
        if (p)
            delete p; // 释放原来的堆区内存，拷贝构造没有这一步
        num = other.num;
        p = new int(num); // 指向新的堆区内存
        return *this;
    }
};
int& fun() {
    int a = 2;
    return a;
}
int main() {
    int x = fun();  // 行
    int& y = fun(); // 不行
    A a(2), b(3), c;
    cout << (a == b);
    a = b =c; // 如果类内没有实现赋值运算符，编译器则会提供默认的赋值运算符，每个成员变量都会被赋值，此时要注意浅拷贝问题
    return 0;
}

关系运算符主要包括==、>、<等，他们的返回值都是bool类型。

赋值运算符，就是把other的值给调用它的对象，如果不对赋值运算符进行重载的话，那么它就会是简单的赋值操作，这里就会导致浅拷贝的问题（可以看作者前面提到的浅拷贝和深拷贝问题）。所以我们就需要对它进行重载。

在上述代码中，因为p是一块指向堆区的指针变量，所以在进行赋值运算符重载时，需要开辟一块新的堆区，然后保证两个堆区的内容一样。同时，还有保证之前这个指针变量p有没有指向别的堆区内容，如果有，就将它释放，避免内存泄漏。返回值为引用类型，返回对象本身。

注意：赋值运算符也是编译器给一个类至少添加的函数。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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