C++运算符的重载

重载的概念：

重载（Overloading）不仅仅局限于运算符，在C++中函数也可以重载，只要函数名称相同但参数列表不同，就可以视为重载函数。这样，根据传入的不同参数类型或数量，编译器就能正确识别调用的是哪一个版本的函数。

运算符重载（Operator Overloading）

运算符重载（Operator Overloading）是一种机制，为运算符赋予针对用户自定义类型的特定含义。这意味着我们可以为类或结构体重新定义（重载）运算符的行为，使其能够用于特定类型的对象。这有助于提高代码的清晰度和一致性，使得用户自定义类型的行为看起来更像是内置类型。

运算符重载——复数举例

class Complex {
public:
    double r, i; // 实部和虚部
    // 构造函数和其他成员函数略...
    // 重载加法运算符 '+'
    Complex operator+(const Complex& other) {
        Complex result;
        result.r = this->r + other.r;
        result.i = this->i + other.i;
        return result;
    }
    // 重载输出运算符 '<<'，便于输出复数到ostream（如cout）
    friend ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c) {
        os << c.r << "+" << c.i << "i";
        return os;
    }
};
int main() {
    Complex c1{1.0, 2.0};
    Complex c2{3.0, 4.0};
    // 使用重载的加法运算符
    Complex sum = c1 + c2;
    // 使用重载的输出运算符
    cout << "Sum: " << sum << endl;
    return 0;
}

为复数类重载了加法运算符+，使得两个复数对象可以相加，得到一个新的复数对象。同时，我们也重载了输出运算符<<，使得复数对象可以像内置类型一样方便地输出到标准输出流（如控制台）。这样，当调用c1 + c2时，会执行我们定义的加法运算符函数，而不是C++内置的加法运算；同样，当我们使用cout << sum时，会调用我们自定义的输出运算符函数来打印复数。

重载运算符的注意点

1. 只能重载已存在的运算符： 你不能创建新的运算符，只能对C++语言中已经存在的运算符进行重载，如+, -, *, /, ==, !=, <, >, +=, [], ()等。
   
2. 至少有一个操作数是用户自定义类型： 当重载二元运算符时（例如+，-），至少有一个操作数必须是类或结构类型的对象。也就是说，你不能为内置类型（如int或double）之间已有的运算符再提供新的含义。
   
3. 运算符的语义： 重载后的运算符应保持原有的语义，除非这样做不符合类的设计目标。例如，如果重载+运算符用于两个复数对象相加，那么它应该遵循数学上的加法规则。
   
4. 优先级和结合性不可改变： 重载运算符的优先级和结合性仍然是固定的，它们与对应的原始C++运算符保持一致。
   
5. 成员函数与非成员函数： 二元运算符可以作为成员函数（有一个隐含的this参数）或非成员函数（接受两个显式的参数）。例如，作为成员函数的operator+只需一个参数，而非成员函数则需要两个。
   
6. 特殊运算符： 有些运算符不能被重载，如., .*, ::, ?:, sizeof等。
   
7. 操作数的数量和顺序： 重载运算符时，不能更改操作数的数量和顺序。例如，如果原先是二元运算符，重载后也必须是二元的。
   
8. 返回类型： 根据运算符的具体语义，返回类型应合理选择，比如+运算符可能返回一个新创建的对象，而赋值运算符=通常返回左侧对象自身的引用以便支持链式赋值。
   
9. 异常安全性： 在设计重载运算符时，特别是在处理资源管理类（如智能指针）时，应考虑异常安全性，确保即使在异常抛出的情况下也能正确释放资源。
   
10. 短路逻辑： 对于逻辑运算符&&和||，重载后将不再具有短路特性，即不论左侧表达式的值如何，右侧都会被执行。
    
11. const成员函数： 如果重载的运算符不会修改类的状态，应声明为const成员函数，这样它才能应用于const对象。
    
12. 友元函数： 有时需要将运算符重载为类的友元函数，以便访问类的私有和保护成员。