C++ 運算符重載詳解：從復數類到標準庫設計模式

什麼是運算符重載

賦予現有運算符（+, -, *, ==...）新含義，使其能操作用戶自定義類型，實現多態。編譯器根據操作數類型決議調用哪個重載版本。

基本語法

返回類型 operator運算符(參數列表) { ... }
// 成員函數形式（隱含 this）
Complex operator+(const Complex& rhs) const;
// 非成員函數形式（需 friend 或公開接口）
Complex operator+(const Complex& lhs, const Complex& rhs);

復數類完整示例

class Complex {
    double re, im;
public:
    Complex(double r=0, double i=0) : re(r), im(i) {}
    Complex operator+(const Complex& o) const { return Complex(re+o.re, im+o.im); }
    Complex operator-(const Complex& o) const { return Complex(re-o.re, im-o.im); }
    Complex& operator+=(const Complex& o) { re+=o.re; im+=o.im; return *this; }
    bool operator==(const Complex& o) const { return re==o.re && im==o.im; }
    void print() const { cout << '(' << re << ',' << im << 'i)'; }
};
// 非成員重載：支持 double + Complex
Complex operator+(double d, const Complex& c) { return Complex(d+c.re, c.im); }

重載規範與最佳實踐

標準庫設計模式

• ostream& operator<<(ostream&, const T&)：非成員 friend，鏈式輸出返回流引用。
• istream& operator>>(istream&, T&)：同理。
• 迭代器運算符：*, ->, ++, --, +, -, [] 全部重載，模擬指針行為。
• 智能指針：operator*, operator->, operator bool() (explicit)。

常見陷阱

1. 返回值類型：算術運算符返回**值**（新對象），賦值/複合賦值返回**引用**。
2. const 正確性：不修改對象的運算符標記 const；參數用 const&。
3. 前置/後置 ++：前置 T& operator++()，後置 T operator++(int)（int 佔位符）。
4. 不要重載 && || ,：會失去短路求值特性，改為函數名。
5. 避免過度重載：語義不明確時用具名函數（如 add()）更清晰。

運算符重載是 C++ 讓用戶定義類型「像內置類型一樣自然使用」的關鍵機制，配合模板與標準庫，構建了現代 C++ 表達力的核心基礎。