C++運算子過載的概念和原理

如果不做特殊處理，C++ 的 +、-、*、/ 等運算子只能用於對基本型別的常數或變數進行運算，不能用於物件之間的運算。

有時希望物件之間也能用這些運算子進行運算，以達到使程式更簡潔、易懂的目的。例如，複數是可以進行四則運算的，兩個複數物件相加如果能直接用+運算子完成，不是很直觀和簡潔嗎？

利用 C++ 提供的“運算子過載”機制，賦予運算子新的功能，就能解決用+將兩個複數物件相加這樣的問題。

運算子過載，就是對已有的運算子賦予多重含義，使同一運算子作用於不同型別的資料時產生不同的行為。運算子過載的目的是使得 C++ 中的運算子也能夠用來操作物件。

運算子過載的實質是編寫以運算子作為名稱的函數。不妨把這樣的函數稱為運算子函數。運算子函數的格式如下：

返回值型別  operator  運算子(形參表)
{
    ....
}

包含被過載的運算子的表示式會被編譯成對運算子函數的呼叫，運算子的運算元成為函數呼叫時的實參，運算的結果就是函數的返回值。運算子可以被多次過載。

運算子可以被過載為全域性函數，也可以被過載為成員函數。一般來說，傾向於將運算子過載為成員函數，這樣能夠較好地體現運算子和類的關係。來看下面的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
public:
    double real, imag;
    Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) { }
    Complex operator - (const Complex & c);
};
Complex operator + (const Complex & a, const Complex & b)
{
    return Complex(a.real + b.real, a.imag + b.imag); //返回一個臨時物件
}
Complex Complex::operator - (const Complex & c)
{
    return Complex(real - c.real, imag - c.imag);  //返回一個臨時物件
}
int main()
{
    Complex a(4, 4), b(1, 1), c;
    c = a + b;  //等價於 c = operator + (a,b);
    cout << c.real << "," << c.imag << endl;
    cout << (a - b).real << "," << (a - b).imag << endl;  //a-b等價於a.operator - (b)
    return 0;
}

程式的輸出結果是：
5,5
3,3

程式將+過載為一個全域性函數（只是為了演示這種做法，否則過載為成員函數更好），將-過載為一個成員函數。

運算子過載為全域性函數時，引數的個數等於運算子的目數（即運算元的個數）；運算子過載為成員函數時，引數的個數等於運算子的目數減一。

如果+沒有被過載，第 21 行會編譯出錯，因為編譯器不知道如何對兩個 Complex 物件進行+運算。有了對+的過載，編譯器就將a+b理解為對運算子函數的呼叫，即operator+(a,b)，因此第 21 行就等價於：

c = operator+(a, b);

即以兩個運算元 a、b 作為引數呼叫名為operator+的函數，並將返回值賦值給 c。

第 12 行，在 C++ 中，“類名（建構函式實參表）”這種寫法表示生成一個臨時物件。該臨時物件沒有名字，生存期就到包含它的語句執行完為止。因此，第 12 行實際上生成了一個臨時的 Complex 物件作為 return 語句的返回值，該臨時物件被初始化為 a、b 之和。第 16 行與第 12 行類似。

由於-被過載為 Complex 類的成員函數，因此，第 23 行中的a-b就被編譯器處理成：

a.operator-(b);

由此就能看出，為什麼運算子過載為成員函數時，引數個數要比運算子目數少 1 了。