C++知识积累:成员函数运算符重载与非成员函数运算符重载

2023-05-16

运算符重载,是C++多态的表现形式之一,可以通过对运算符进行重载来实现运算符特定的功能。
运算符重载一般具有以下原则:
(1)不可重载不存在的运算符,如重载**来表示平方等;
(2)重载后的运算符与原来的运算符优先级、结合性以及操作数数目相同,如双目运算符不能重载为单目;
(3)保留运算符本身的含义,如“+”号重载后应该保持其“求和”的自然含义;
(4)操作数中至少有一个为自定义类型,如重载运算符中参数都是int、double等类型是不允许的;

对于运算符重载可通过成员函数和非成员函数实现,这二者的区别如下:
(1)成员函数运算符重载时,运算符的左值为调用对象,右值为参数对象,举个例子,a,b均是类A的对象,重载“+”实现a+b,可以将其认为是:a对象调用“+”函数,函数的参数为b对象;而在事实上,a对象和b对象都是这个“+”函数的参数,只不过a对象被隐式调用,由this指针所绑定。因此成员函数运算符重载的显式参数比实际运算参数少一个;而在非成员函数运算符重载中,必须将操作数全部显式添加在参数列表中,运算符左值为第一个参数,运算符右值为第二个参数。如下:

class Stu
{
 public:
    int age;
    string name;
    Stu(){};
    Stu(int a,string b)
    {
        age=a;
        name=b;
    }
    ~Stu(){}
    Stu operator+(const Stu &ss)const       //成员函数运算符重载
    {
        Stu n;
        n.age=this->age+ss.age;   //this可去掉
        n.name=ss.name;
        return n;
    }
    friend int operator+(const int s1,const Stu &s2);
};
int operator+(const int s1,const Stu &s2)    //非成员函数运算符重载
{
    int n;
    n=s1*s2.age;
    return n;
}
int main()
{
    Stu s(3,"lili");
    Stu s2(5,"yaya");
    s=s+s2;
    int x=s.age+s2;
    cout<<s.age<<" "<<s.name<<" "<<x<<endl;
    return 0;
}
//运行结果
Stu constructor1 called!
Stu constructor1 called!
Stu constructor called!
Stu destructor called!
8 yaya 40
Stu destructor called!
Stu destructor called!

在该例中,s=s+s2为成员函数运算符重载,重载函数定义中参数只有一个,s作为隐式调用参数,被this指针绑定,即可用this->member来访问s的成员,而this指针往往也是隐式存在的,因此在这里也可以省略掉this->;非成员函数在进行运算符重载时,由于需要访问Stu类中的成员,因此应当将该非成员函数声明为友元函数。因此,非成员函数运算符重载一般都是友元函数。
(2)成员函数运算符重载时,运算符左值类型必须为所在类类型;而非成员函数运算符重载则不必。

一般来说,对于双目运算符,应当将其重载为非成员函数(友元函数),而对于单目运算符,则应将其重载为成员函数。但这也不是绝对的,双目运算符中,“=”、“[]”、“->”和“()”是必须重载为成员函数的。而"<<"运算符由于其第一个运算符必须是ostream的,所以只能重载为友元函数。

个人认为,“=”、“[]”、“->”和“()”运算符之所以必须作为类成员函数进行重载,其原因是因为:在成员函数重载时,会自动将this指针绑定到左值上,这样也就强制规定了运算符左值的类型,如果不这样,而是通过非成员函数进行重载,那么很有可能会出现类似“3=a”、“3[a]”、“3->a”以及“3(a)”的情况,单从运算符重载函数上说,这些似乎都是对的,但是实际上这些在语法上都是错误的,是需要坚决避免的,为了避免出现这些情况,就应当将这四种运算符重载限定在成员函数中。

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