前言

之前在总结类的六个默认成员函数时，没有过多介绍运算符重载，只简单介绍了赋值运算符重载。本节内容将会总结常用的运算符重载，以实现一个日期类为例。

一、运算符重载的概念和意义

什么是运算符重载？

运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义，使同一个运算符作用于不同类型的数据时做出不同的行为。

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。

运算符重载的语法格式

返回值类型 operator运算符(参数列表)
{函数体
}

注：这里的运算符可以是+、-、*、/、>、>=等，但不能创建新的运算符如@、$等。
.* :: sizeof ?: .这5个运算符不支持重载。

二、运算符重载的规则

以下面一个日期类为例

class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}
private:int _year;int _month;int _day;
};

我们重载一个比较日期大小的运算符==

bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{return d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day == d2._day;
}

判断是否相等的运算符==是双目运算符，所以参数列表有两个参数。因为传值传参会调用拷贝构造，降低效率，所以用传引用传参；
因为不改变实参，所以参数最好加上const；成员函数后面加const，对于不改变成员变量的成员函数，我们最好在函数名后面加上const，提高代码健壮性。

但是我们如果重载成全局函数，就需要类成员变量是公有属性，因为类外无法访问类的私有成员。但是这样就会破坏封装性。 因此，为了保证封装性，我们一般将运算符重载为类的友元函数或类的成员函数。

• 重载为类的友元函数（全局函数）

friend bool operator==(const Date& d1, const Date& d2);

函数定义不变，只需要在类中加上友元的声明，就可以正常使用上述函数，还不会破坏类的封装性。

• 重载为类的成员函数

bool operator==(const Date& d) const
{return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;//等价于//return this->_year == d._year && this->_month == d._month && this->_day == d._day;
}

可以看到，参数个数减少了一个，这是为什么呢？
答：这是由于类的每个非静态成员函数都有一个隐藏的this指针，占第一个参数的位置，也就是说，上述写法表面上是一个参数，实际上有两个参数。如下，但我们定义时不需要显示地传this指针。

//等价于，但不能这样写
bool operator==(Date* this, const Date& d2) const

注：对于不改变this的成员函数，我们最好在函数名后面加上const，变成常成员函数，增加代码健壮性。

总结：作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this指针。

运算符重载的调用方法如下，和之前调用方法一样。

int main()
{Date d1(2024, 6, 25);Date d2(2024, 6, 24);//d1 == d2//重载为友元函数，等价于if(operator==(d1, d2))//重载为成员函数，等价于if(d1.operator==(d2))if (d1 == d2) {cout << "d1 == d2" << endl;}return 0;
}

运算符重载规则：

1.只能对已有的运算符进行重载，不可以创建新的运算符。
2.重载后的运算符的优先级、结合性也应该保持不变，也不能改变其操作个数和语法结构。
3.用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义。
4.作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this指针。
5..* :: sizeof ?: . 这5个运算符不支持重载。
6.赋值＝、下标[]、调用()、成员访问->，这4个运算符必须重载为类的成员函数，不能重载为全局函数。
4.若一个运算符的操作需要修改对象的状态（修改this指针），最好重载为类的成员函数。

三、常用运算符重载

1.关系运算符重载

总共有==、!=、<、<=、>、>=这六个关系运算符，进行对象之间的比较判断，所以返回值为false或者true，即bool类型。

这里我将关系运算符重载为类的成员函数（也可以重载为类的友元函数）

class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}//函数重载声明bool operator==(const Date& d) const;bool operator!=(const Date& d) const;bool operator<(const Date& d) const;bool operator<=(const Date& d) const;bool operator>(const Date& d) const;bool operator>=(const Date& d) const;
private:int _year;int _month;int _day;
};
//定义
bool Date::operator==(const Date& d) const
{return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
}bool Date::operator!=(const Date& d) const
{return !(*this == d);
}bool Date::operator<(const Date& d) const
{if (_year == d._year){if (_month == d._month)return _day < d._day;elsereturn _month < d._month;}else{return _year < d._year;}
}bool Date::operator<=(const Date& d) const
{return *this < d || *this == d;
}bool Date::operator>(const Date& d) const
{return !(*this <= d);
}bool Date::operator>=(const Date& d) const
{return !(*this < d);
}

重载之后我们就可以比较类类型对象的大小。要理解关系运算符的对应关系，比如实现了=和<重载，我们可以借此来更简单地实现<=、>等。

2.=赋值运算符重载

前面总结类的六个默认成员函数时，已经介绍过赋值运算符重载。赋值运算符重载只能重载为类的成员函数。
赋值运算符重载用在两个及以上已存在的对象之间进行赋值。分清这点与拷贝构造（用已存在对象初始化新对象）的区别。

赋值运算符重载格式：

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率；
返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值；
返回*this ：支持连续赋值；
检测是否自己给自己赋值；

日期类的赋值运算符重载（可以不用写）

Date& operator=(const Date& d)//传引用提高传参效率
{if (&d != this)//判断优化{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;return *this;}
}

赋值运算符重载也是类的默认成员函数，我们不写，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，完成数据的浅拷贝。

对于日期类这种成员变量都是内置类型的类，我们不需要显示定义赋值运算符重载，使用编译器默认生成的就可以了。但是涉及到资源申请的比如栈这种，浅拷贝就无法满足，需要我们自己显示定义赋值运算符重载完成深拷贝。

3.+=、-=、+、-重载

对于+=和-=运算符，我们知道，这两个运算符会改变对象自身，且返回修改后的对象。

+= 的第二个操作数有可能是负数，-=的第二个操作数有可能是正数，因此先进行判断，情况要考虑周全。

Date& Date::operator+=(int day)
{if (day < 0){return *this -= -day;}_day += day;while (_day > GetMonthDay(_year, _month))//当前月份对应的天数{_day -= GetMonthDay(_year, _month);_month++;if (_month > 12){_year++;_month = 1;}}return *this;//返回对象本身
}Date& Date::operator-=(int day)
{if (day < 0){return *this += -day;}_day -= day;while (_day <= 0){_month--;if (_month <= 0){_year--;_month = 12;}_day += GetMonthDay(_year, _month);}return *this;//返回对象本身
}

实现+=和-=后，+和-就可以套用了。当然也可以先实现+和-，再套用实现+=和-=

Date Date::operator+(int day) const
{Date tmp(*this);tmp += day;return tmp;//出了作用域销毁，不能用引用返回
}Date Date::operator-(int day) const
{Date tmp(*this);tmp -= 1;return tmp;//出了作用域销毁，不能用引用返回
}

上述函数重载都是对日期进行指定天数的加减运算，那如何进行日期与日期间的运算呢？运算符重载不能实现无意义的重载，比如两个日期相加，是不符合逻辑的；但两个日期是可以相减的，返回两个日期的差值。

int Date::operator-(const Date& d) const
{Date max = *this;Date min = d;int flag = 1;if (*this < d){max = d;min = *this;flag = -1;}int cnt = 0;while (max != min){cnt++;min++;}return cnt * flag;
}

这里的减-与之前的减-构成重载关系。

注意：

1.+=和-=会改变对象本身，且返回*this即对象本身，所以可以用引用返回提高效率。
2.+和-并不会改变对象的值，返回的是对象进行加减运算后的值（临时变量），不能用引用返回。

4.前置++和后置++重载

前置++（- -）和后置++（- -）都是单目运算符，如果重载为类的成员函数，则是无参的。

为了让前置++与后置++能正确重载，C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递。 也就是说，二者的调用还是和内置类型调用的方法一样，只不过定义重载时后置++的参数多个无意义的int参数。

由于前面已经实现了+=的功能，这里不再重复了，直接套用即可。

//前置++
Date& Date::operator++()
{*this += 1;return *this;
}
//后置++
Date Date::operator++(int)//int无任何意义，只是为了区分前置还是后置
{Date tmp(*this);*this += 1;return tmp;
}

调用方法

int main()
{Date d1(2024, 6, 25);++d1;//等价于d1.operator++();d1++;//等价于d1.operator++(0);return 0;
}

调用后置形式的重载函数时，对于那个没用的 int 形参，编译器自动以 0 作为实参。

前置++： 返回+1之后的结果，this指向的对象再函数结束后不会销毁，所以用引用返回提高效率。
后置++： 先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，在实现时需要先将原始对象保存一份，然后*this+1；注意临时对象只能以值的方式返回，不能返回引用。

前置- -与后置- -也是同理，这里不再具体实现。

5.流插入<<和流提取>>重载

C++标准库对左移运算符<<和右移运算符>>分别进行了重载，与cout和cin搭配使用，使其能够用于不同数据的输入输出。

int i = 0;
double d = 1.23;
cout << i;
cout << d;

<<和>>可以直接支持内置类型是因为C++标准库里已经实现好了，我们可以直接使用；
可以直接支持自动类型识别是因为函数重载。

对于内置类型，我们可以直接使用，但对于自定义类型，我们需要重载这两个操作符。

比如对于日期类，我们重载这两个运算符后，可以实现输入和输出年月日。

Date d1;
cin >> d1;
cout << d1;

通过查阅C++官网资料，我们知道，cin是istrem类的对象，cout是是ostrem类的对象，这两个都在<iostream>头文件中；因为C++标准库中istrem类和ostrem类重载了内置类型的参数，所以内置类型可以直接使用并且可以自动识别类型。

为什么输入输出操作符要重载为友元函数，不能重载为成员函数？

我们知道，成员函数的第一个参数是隐藏的this指针，如果我们重载为成员函数，也就是说，this指针为左操作数，cout/cin为右操作数，那么就不符合我们常规的调用顺序，不符合使用习惯。

ostream& operator<<(ostream& out)
{out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;return out;
}
//调用
int main()
{Date d1, d2;//与我们常规调用顺序相反cout << d1;d1 << cout;//d1.等价于operator<<(cout)return 0;
}

实际使用中cin/cout为第一个形参对象，才符合常规使用。所以要将这两个运算符重载成全局函数。但又会导致类外没办法访问非公有成员，就需要借助友元来解决。

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}
private:int _year;int _month;int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << "-";return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;
}
int main()
{Date d1, d2;cin >> d1 >> d2;//等价于operator>>(operator>>(cin, d1), d2);cout << d1;//等价于operator<<(cout, d1);return 0;
}

为什么要有返回值? 为什么返回第一个参数的引用？
答：返回isteam/ostream类对象的引用作为下次调用时的左操作数，是为了能够连续读取。