8.1 重载的基本规则

什么是运算符重载

运算符重载本质上是定义一个名为 operator符号 的函数。例如，重载 + 运算符就是定义一个名为 operator+ 的函数：

#include <iostream>

class Vector2D {
public:
    double x, y;

    Vector2D(double x = 0, double y = 0) : x(x), y(y) {}

    // 重载 + 运算符
    Vector2D operator+(const Vector2D& other) const {
        return Vector2D(x + other.x, y + other.y);
    }
};

int main() {
    Vector2D a(1.0, 2.0);
    Vector2D b(3.0, 4.0);

    Vector2D c = a + b;    // 等价于 a.operator+(b)
    std::cout << "(" << c.x << ", " << c.y << ")" << std::endl;  // (4, 6)

    return 0;
}

a + b 在编译器看来就是 a.operator+(b) 的语法糖。运算符重载没有引入新语法，只是让已有的运算符符号对自定义类型也能工作。

可以重载和不可以重载的运算符

可以重载的运算符：

类别	运算符
算术	+ - * / %
位运算	& | ^ ~ << >>
赋值	= += -= *= /= %= &= |= ^= <<= >>=
比较	== != < > <= >= <=> (C++20)
逻辑	! && ||
递增递减	++ --
其他	() [] -> ->* , new delete

不可以重载的运算符：

• .（成员访问）
• .*（成员指针访问）
• ::（作用域解析）
• ?:（三元条件）
• sizeof
• typeid

重载的限制

1. 不能创造新运算符 — 不能定义 operator@ 或 operator**，只能重载已有的运算符
2. 不能改变运算符的元数 — 二元运算符 + 不能重载为一元，一元 ! 不能重载为二元
3. 不能改变优先级和结合性 — * 的优先级始终高于 +
4. 至少有一个操作数是自定义类型 — 不能重载两个 int 的 + 运算

成员函数 vs 非成员函数

运算符可以作为成员函数或非成员函数（通常是友元函数）来重载。

成员函数形式

左操作数是 this 所指向的对象：

class Vector2D {
public:
    double x, y;

    Vector2D(double x = 0, double y = 0) : x(x), y(y) {}

    // 成员函数：a + b → a.operator+(b)
    Vector2D operator+(const Vector2D& rhs) const {
        return Vector2D(x + rhs.x, y + rhs.y);
    }
};

非成员函数形式

两个操作数都是参数：

class Vector2D {
public:
    double x, y;
    Vector2D(double x = 0, double y = 0) : x(x), y(y) {}

    friend Vector2D operator+(const Vector2D& lhs, const Vector2D& rhs);
};

// 非成员函数：a + b → operator+(a, b)
Vector2D operator+(const Vector2D& lhs, const Vector2D& rhs) {
    return Vector2D(lhs.x + rhs.x, lhs.y + rhs.y);
}

如何选择

运算符	推荐形式	原因
= += -= 等赋值类	成员函数	必须是成员函数（语言要求）
() [] -> ->*	成员函数	必须是成员函数（语言要求）
<< >> 流运算符	非成员函数	左操作数是 std::ostream/std::istream，不是自定义类型
+ - * / 等算术	非成员函数	允许左右操作数的隐式转换对称
== != < 等比较	非成员函数（或 C++20 成员）	同上
一元 ++ -- - !	成员函数	只操作自身，成员更自然

{% hint style=“info” %} 经验法则：如果运算符需要修改左操作数的状态（如 =、+=），用成员函数；如果运算符对两个操作数一视同仁（如 +、==），用非成员函数，以便两侧操作数都能进行隐式类型转换。 {% endhint %}

运算符重载的设计原则

1. 语义一致 — 重载的运算符行为应符合直觉。+ 应该表示「相加」或「合并」，不应该用来做减法
2. 成套重载 — 如果重载了 +，通常也应该重载 +=；重载了 ==，通常也该重载 !=
3. 保持对称性 — a == b 为 true 时 b == a 也应为 true
4. 返回值类型合理 — 算术运算符返回新对象，赋值运算符返回引用
5. 不要滥用 — 如果运算符的含义不直观，宁可用命名函数