运算符重载-operator函数与五个不能重载的符号

运算符重载：operator 函数、五个不能重载的符号，与 << 的真相

我的github：(https://github.com/xcx55/ubuntu-linux-project)

感谢各位大佬参观我的github！！

类和对象"中"的下一段：运算符重载。它是 C++ 里"语法糖浓度"最高的机制------q1 == q2、cout << d1、q[i] 这些写法背后全是函数调用。这篇从"为什么需要它"讲到"哪些不能重载"，最后拆掉 cout 的神秘感。

一、为什么内置类型不需要它，自定义类型离不开它

内置类型的比较，硬件直接支持------汇编里有现成的 cmp 指令 比较数据大小。所以 3 < 5 天经地义。

自定义类型呢？写个日期类，q1 < q2 直接编译报错：

复制代码

error C2676: 二进制"<": "date"不定义该运算符...
E0349: 没有与这些操作数匹配的 "<" 运算符

编译器不知道两个 date 怎么比------按年比？按月比？这个"语义"只有类的作者知道。运算符重载就是让类的作者把运算符的语义写出来：当运算符被用于类类型对象时，C++ 规定必须转换成调用对应的运算符重载函数，没有对应重载就编译报错。

形式上它就是个函数：名字 = operator + 运算符，有返回类型、参数列表、函数体：

cpp 复制代码

bool operator==(const Date& x1, const Date& x2)
{
    return x1._year == x2._year
        && x1._month == x2._month
        && x1._day == x2._day;
}

二、参数个数的两条规则

参数个数 = 运算对象的数量：一元运算符一个参数，二元运算符两个------左操作数传第一个参数，右操作数传第二个；
成员函数版本参数少一个：作为成员函数时，第一个运算对象默认传给隐式的 this 指针，所以参数从左边少一个。

两种调用方式完全等价：

cpp 复制代码

bool a = q1 == q2;             // 隐式调用，编译器转成下面的
bool b = operator==(q1, q2);   // 全局函数版：显式调用
bool c = q1.operator==(q2);    // 成员函数版：显式调用

q1 == q2 不是什么魔法，就是一次函数调用------重载之后运算符的优先级和结合性跟内置版本保持一致，所以写起来跟原生类型没差别。

private 成员怎么访问？

全局的 operator 函数要访问对象的私有成员，绕不开这个问题。三种思路：

提供 Getxxx 函数（把成员读出来）；
友元（friend，后面细讲）；
直接把运算符重载函数写进类里------最常用。

写进类里还有个附带的好处：成员函数自带 this 指针，this == a.year 的比较直接写在函数体里；参数也顺势少一个。参数建议写成 const Date&：引用避免传值传参触发拷贝构造，const 保证不改被比较的对象。

三、重载的边界：五个不能碰的符号

自由是有边界的，选择题常考：

不能创造语言里没有的运算符 ：operator@ 不行，运算符得是语法中存在的；
五个运算符不能重载 ：.* :: sizeof ?: .；
至少要有一个类类型参数 ：不能改内置类型的含义------int operator+(int x, int y) 编译器直接拒绝，3 + 5 的语义谁都别想动；
重载要重载得有意义 ：看运算符对这类对象有没有自然语义------Date 类重载 operator-（算两个日期差几天）有意义，重载 operator+ 就没意义（两个日期相加是什么？）。一个类需要哪些运算符，是看重载后有意义的那些。

四、cout 的真面目：一堆 operator<< 的重载

之前入门篇说过 cout 能"自动识别类型"，现在能拆穿了：cout 是 ostream 类创建的对象 ，"自动识别"就是函数重载------ostream 里把 operator<< 按所有内置类型重载了个遍（bool、short、int、unsigned、long、float、double、void*......），cout << i 就是 cout.operator<<(i)，一次输出就是一次函数调用，连续输出就是多次链式调用。

那给自定义类型重载 << 呢？这里有个反直觉的规定：重载 << 和 >> 必须写成全局函数，不能是成员函数。

原因是 this 指针的位置：成员函数版第一个参数永远是 this（左操作数），写成成员函数的话，调用 d1 << cout 才能匹配------变成"对象 << cout"，反人类 。想要 cout << d1 这个自然顺序，就必须把 ostream 放在第一个参数位置，只能全局函数：

cpp 复制代码

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
    out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
    return out;   // 返回流对象本身，支持连续输出
}

返回 ostream& 是为了 cout << d1 << d2 这种链式写法------第一次调用返回 cout，接着当第二个调用的左操作数。

五、operator\[\]：让自定义类型像数组一样用

再补一个实用的：operator[]。给 Stack 加上它：

cpp 复制代码

int& operator[](int i)
{
    return _a[i];
}

stack q;
for (int i = 0; i < 10; i++)
    q[i] = i;   // 像 C 数组一样读写

q[i] 就是 q.operator[](i)，返回引用才能既读又写。C 语言里"数组下标"是内置类型的特权，重载之后自定义类型也享受同款语法------STL 的 vector、string 能用 []，全是这套机制的产物。

串一下：内置类型有 cmp 硬件支持 → 自定义类型没有 → 运算符重载把语义写成函数（operator+运算符）→ 成员函数版 this 占掉第一个参数 → 全局版要解决 private 访问（三种思路）→ 五个符号不能重载、内置类型含义不能改 → cout 的"自动识别"就是 ostream 里的一排 operator<< 重载。运算符重载讲完，下一篇写其中最特殊的那个------赋值运算符 =，六大默认成员函数的最后一块拼图。