C++ 操作符重載完全指南

什麼是操作符重載

賦予自定義類型使用內置運算符（+ - * / == << 等）的能力，實現語法糖。本質是函數重載，函數名為 operator@。

兩種實現方式

1. 成員函數：左操作數隱含為 *this，參數少一個。
   Point operator+(const Point& rhs) const;
2. 友元函數：兩個操作數均為顯式參數，需訪問私有成員時聲明 friend。
   friend int operator*(const Point&, const Point&);

示例：二維向量

class Point {
    int x, y;
public:
    Point(int _x, int _y): x(_x), y(_y) {}
    // 成員函數：向量加
    Point operator+(const Point& p) const {
        return Point(x + p.x, y + p.y);
    }
    // 友元函數：內積
    friend int operator*(const Point& a, const Point& b) {
        return a.x*b.x + a.y*b.y;
    }
};
// 使用
Point p1(1,3), p2(2,6);
Point p3 = p1 + p2; // (3,9)
int dot = p1 * p2;  // 20

重載規則與限制

• 至少一個操作數為用戶定義類型。
• 不能改變運算符優先級、結合性、操作數個數。
• 不能重載：. .* :: sizeof ?: typeid。
• 不應重載邏輯與 && ||、逗號 ,、取址 &（除非極特殊需求），因會失去短路求值/內置語義。
• 賦值 =、下標 []、調用 ()、箭頭 -> **必須**作為成員函數重載。

前置/後置 ++ -- 重載

• 前置：T& operator++() 無參數，返回引用。
• 後置：T operator++(int) 佔位參數 int，返回舊值副本。

class Array {
    int* a; int pos, n;
public:
    int& operator++() { return a[++pos]; }     // ++a
    int operator++(int) { return a[pos++]; }   // a++
};

最佳實踐

1. 保持語義直觀：+ 應無副作用，+= 修改左值。
2. 返回類型：算術運算符返回值，賦值/複合賦值返回引用。
3. 對稱性：若重載 == 應重載 !=；< 配 > 等。
4. 流運算符 << >> 必須為友元（左操作數是流）。

總結

操作符重載是 C++ 表達力的核心。正確使用能讓自定義類型像內置類型一樣自然運算。關鍵在於選擇成員/友元、保持語義一致、避免濫用邏輯運算符。