写在前面
朋友们好啊，今天终于更新了。我是柠檬叶子C，本章将开始讲解运算符重载。运算符重载的技能是学习实现 STL 内部底层的不可缺少的 "利器" ！所以本篇非常重要，下一篇会手把手实现一个Date类，可以进一步地实战体会运算符重载。
Ⅰ. 运算符重载
0x00 引入
什么是运算符重载呢？
C++ 为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
简单来说：就是能让自定义类型和内置类型一样使用运算符。
0x01 运算符重载的概念
函数名： 关键字 operator+ 需要重载的运算符符号
比如：
operator+ operator> operator==
函数原型：返回值类型 operator 操作符（参数列表）
返回值类型，看操作符运算后返回的值是什么。
参数，操作符有几个操作数，它就有几个参数。
📌 注意事项：
① 不能通过连接其他符号来创建新的操作符，
你只能对已有的运算符进行重载，你也不能对内置类型进行重载。
operator@ ❌
② 重载操作符必须有一个类类型或枚举类型的操作数。
③ 用于内置类型的操作符，其含义不能改变。比如内置的 整型 +，你不能改变其含义。
④ 作为类成员的重载函数时，其形参看起来比操作数数目少 1，
成员函数的操作符有一个默认的形参 this，限定为第一个形参。
⑤ 不支持运算符重载的 5 个运算符：
. (点运算符) :: (域运算符) .* (点星运算符,) ?: (条件运算符) sizeof
虽然点运算符（ . ）不能重载，但是箭头运算符（ -> ）是支持重载的
解引用（*）是可以重载的，不能重载的是点星运算符（ .* ）
⑥ 会自动转化
重载后的运算符可以直接用！岂不美哉？
d1 > d2; 会转换成 operator>(d1, d2); 可读性大大增强 cout << (d1 > d2) << endl; cout << operator>(d1, d2) << endl;
💬 举一个运算符重载的例子： ==
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1) { this->_year = year; this->_month = month; this->_day = day; } // private: int _year; int _month; int _day; }; /* d1 == d2 */ bool operator==(const Date& d1, const Date& d2) { return d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day == d2._day; } int main(void) { Date d1(2022, 3, 8); Date d2(2022, 5, 1); cout << (d1 == d2) << endl; return 0; }
🚩 运行结果演示：
这里会发现运算符重载成全局的，我们不得不将成员变量是共有的，
我们得把 private 撤掉：
❓ 那么问题来了，封装性如何保证？
这里其实可以用 "友元" 来解决，如果现在不知道也没关系，我们后面会讲。
💬 或者干脆直接重载成成员函数就完事儿了：
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1) { this->_year = year; this->_month = month; this->_day = day; } /* d1 == d2 bool operator==(Date* this, const Date& d2) （打回原形） */ bool operator==(const Date& d2) { return ( this->_year == d2._year && this->_month == d2._month && this->_day == d2._day ); } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1(2022, 3, 8); Date d2(2022, 5, 1); cout << (d1 == d2) << endl; return 0; }
🔑 解读：
既然要当成员函数，就得明白这里的 this 指的是谁。
需要注意的是，左操作数是 this 指向的调用函数的对象。
此外，因为前几章才讲 this 指针，为了演示清楚，所以我这里把 this 写上（虽然可以不写）。
Ⅱ. 赋值重载（默认成员函数）
0x00 概念
赋值重载主要是把一个对象赋值给另一个对象。
如果你不写，编译器会默认生成。
0x02 operator=（默认成员函数）
📌 要分清！
int main(void) { /* 一个已经存在的对象初始化一个马上创建实例化的对象 */ Date d3(d1); // 拷贝构造 /* 两个已经存在的对象，之间进行赋值拷贝 */ Date d1(2022, 3, 8); Date d2(2022, 5, 1); d1 = d2; // 让 d1 和 d2 一样 return 0; }
类的默认成员函数 —— 赋值重载
赋值运算符重载主要有以下四点：
① 参数类型
② 返回值年
③ 检查是否给自己复制
④ 返回 *this
💬 d1 = d2
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: /* 全缺省的构造函数 */ Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1) { this->_year = year; this->_month = month; this->_year = day; } /* 赋值运算符重载：d1 = d3 */ Date& operator=(const Date& d) { if (this != &d) { // 防止自己跟自己赋值（这里的&d是取地址） this->_year = d._year; this->_month = d._month; this->_day = d._day; } return *this; // 返回左操作数d1 } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1(2022, 3, 10); Date d2(2022, 7, 1); d1 = d2; return 0; }
🔑 解读：
一定要防止自己和自己赋值！我们这里加 if 语句来判断就是为了防止极端情况下，
自己给自己赋值，加上这条判断后就算遇到自己给自己赋值，就会不做处理，直接跳过。
因为出了作用域 *this 还在，所以我们可以使用引用来减少拷贝。
💬 我们来验证一下：
① 我们先把引用返回去掉：
Date& operator=(const Date& d) {...} Date operator=(const Date& d) {...}
② 这里为了方便观察，就不让拷贝构造函数自己生成了。
我们自己实现一个只会嗷嗷叫的拷贝构造函数，不让编译器自己生成。
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: /* 全缺省的构造函数 */ Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1) { this->_year = year; this->_month = month; this->_year = day; } /* 测试用拷贝构造 */ Date(const Date& d) { cout << "调用了一次拷贝构造" << endl; } /* 赋值运算符重载：d1 = d3 */ Date operator=(const Date& d) { if (this != &d) { this->_year = d._year; this->_month = d._month; this->_day = d._day; } return *this; // 返回左操作数d1 } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1(2022, 3, 10); Date d2(2022, 7, 1); Date d3(2020, 3, 5); Date d4(d3); // 拷贝构造 d1 = d2 = d3; return 0; }
🚩 运行结果如下：
我们发现，调用了三次拷贝构造函数。
🔍 我们来调试看一下：
① 第一句 "调用了一次拷贝构造" 是因为 Date d4(d3) ，我们自己调用的。
② 第二句出自 d1 = d2 = d3 ，先是 d2 = d3。
因为传值返回不会直接返回对象，而是会生成一个拷贝的对象。
③ 第三句是 d2 = d3 搞完后把返回值作为参数再去调用：
所以一共三次：
💬 我们这里出了作用域，对象还在，就可以使用引用返回：
/* 赋值运算符重载：d1 = d3 */ Date& operator=(const Date& d) { if (this != &d) { this->_year = d._year; this->_month = d._month; this->_day = d._day; } return *this; // 返回左操作数d1 }
🚩 运行结果如下：
成功减少了拷贝！
📚 赋值运算符重载是默认成员函数，所以如果一个类没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个，完成对象按字节序的值拷贝。
#include <iostream> class Date { public: Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1) { this->_year = year; this->_month = month; this->_day = day; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1; Date d2(2022, 5, 1); // 这里 d1 调用的编译器自动生成operator完成拷贝，d2和d1的值也是一样的。 d1 = d2; return 0; }
既然编译器会自己默认生成，已经可以完成字节序的值拷贝了，我们还需要自己实现吗？
（上一篇博客我们经常问这种问题，以后就不再多说了）
当然像日期这样的类是没有必要的，有时候还是需要自己实现的。
💬 比如下面这种情况：
#include <iostream> using namespace std; class String { public: String(const char* str = "") { this->_str = (char*)malloc(strlen(str) + 1); strcpy(this->_str, str); } ~String() { cout << "~String() 吱吱吱" << endl; free(this->_str); } private: char* _str; }; int main(void) { String s1("hello"); String s2("world"); s1 = s2; return 0; }
📌 编译器默认生成复制重载，跟拷贝构造做的事情完全类似：
① 内置类型成员，会完成字节序值拷贝 —— 浅拷贝。
② 对于自定义类型成员变量，会调用它的 operator= 赋值。
Ⅲ. const 成员
0x00 引入
我们定义一个日期类，对它调用 Print ，是可以调得动的。
#include <iostream> class Date { public: Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } void Print() { printf("%d-%d-%d\n", _year, _month, _day); } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1; d1.Print(); return 0; }
❓ 如果我这个对象是 const 的呢？
#include <iostream> class Date { public: Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } void Print() { printf("%d-%d-%d\n", _year, _month, _day); } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1; d1.Print(); const Date d2; d2.Print(); return 0; }
这样编译就报错了，这块报错的原因是什么？
这里涉及的问题是 "权限的放大" ，这个知识点我们再前几章讲过。
我们可以使用 const 成员函数来解决这种情况，我们继续往下看。
0x01 const 修饰类的成员函数
将 const 修饰的类成员函数，我们称之为 const 成员函数。
const 修饰类成员函数，实际修饰的是该成员函数隐含的 this 指针，
表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
💬 这里我们可以在函数后面加 const，保持权限的统一：
void Print() const; class Date { public: Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } void Print() const { printf("%d-%d-%d\n", _year, _month, _day); } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1; d1.Print(); const Date d2; d2.Print(); return 0; }
🔑 直接看图详解：
为了能够更好地展示出 this 指针传递和接收的过程，我用黑色代码块表示。
0x02 使用建议
成员函数加 const 是很好的！
建议能加上 const 都加上，这样普通对象和 const 对象都可以调用了。
但是，如果要修改成员变量的成员函数是不能加的，比如日期类中 += ++ 等等实现。
它是要修改的，你加 const 还怎么修改成员变量？？直接让它爬！
（因为加 const，指向的类容不可被修改）
Ⅳ. 取地址重载（默认成员函数）
0x00 取地址操作符重载
💬 取地址运算符重载也是一个默认成员函数。
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: Date(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } Date* operator&() { return this; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1(2022, 2, 2); cout << &d1 << endl; // 取出d1的地址 return 0; }
🚩 运行结果如下：
0x01 const 取地址运算符重载
💬 const 取地址运算符重载：
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: Date(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } const Date* operator&() const { return this; // this就是地址，返回this就是返回地址。 } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { const Date d2(2022, 1, 1); cout << &d2 << endl; // 取出d2的地址 return 0; }
🚩 运行结果：
0x02 建议
这两个运算符一般不需要重载。
因为它是默认成员函数，编译器会自己默认生成。
💬 其实让编译器自己去生成，就够 了：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include <iostream> using namespace std; class Date { public: Date(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1(2022, 2, 2); cout << &d1 << endl; // 取出d1的地址 const Date d2(2022, 1, 1); cout << &d2 << endl; // 取出d2的地址 return 0; }
🚩 运行结果：
💬 只有特殊情况才需要重载，比如你不想让别人取到你的地址：
#include <iostream> using namespace std; class Date { public: Date(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } Date* operator&() { // return this; 我不想让你取我的地址 return nullptr; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main(void) { Date d1(2022, 2, 2); cout << &d1 << endl; return 0; }
🚩 运行结果：
