https://blog.csdn.net/wenqian1991/article/details/34147997
一、運算符的定義
運算符重載就是運算符的“一符多用”。重載運算符是具有特殊名稱的函數：保留字 operator 後接需定義的操作符符號。像任意其他函數一樣，重載操作符具有返回類型和形參表，每個操作符用於內置類型都有關聯的定義，當內置操作符和類型上的操作存在邏輯對應關係時，操作符重載最有用，最直觀，使用重載操作符並不是創造命名操作。
二、在哪種情況下使用哪種重載運算符的方式合適？
C++ 提供了兩種重載運算符的方式，在大多數情況下：
只有一個操作數的運算符（一目）使用類運算符重載方式爲好；
一般地說，如果運算符要修改操作數（類對象）的狀態（值），則應使用類運算符（成員形式）。（在計算中可能改變操作數的值得運算符被稱爲有副作用的運算符，諸如：=、+=、-=、*=、/=、%=、++、-- 等）；
C++規定，運算符=、()、[ ]、-> 只能採用類運算符形式重載；
有兩個操作數的運算符（二目）使用友元運算符重載方式爲好；
友元運算符重載方式在操作數的數據類型自動轉換方面更爲寬容，尤其是第一個操作數希望能夠隱式類型轉換時，則應採用友元形式；
不允許重載的運算符有：&&、||、. 、:: 、 * 、?: 。
三、運算符重載具體討論（返回值和參數，這裏討論幾個常用的運算符）
默認地，重載運算符必須與內置操作符保持一致，也就是說重載後的運算符必須與本來內置操作符保持特性一致。函數最主要的兩個就是返回值和形參。
3.1、前綴++類運算符重載函數（前綴--類似）
自增（自減）操作符的前置式定義：累加（遞減）而後取出；後置式定義：取出而後累加（遞減）。
我們知道，在C語言裏整型變量是允許連續前綴++兩次的，也叫鏈式操作。這樣爲了保證重載運算符與內置操作符++類型一致，就要求前綴++類運算符重載函數也支持連續操作（鏈式操作），所以前綴++類運算符重載函數的返回值必須是類名的引用。上面第二點也說了，++作爲單目運算符，並且會修改操作數的值，則應定義爲類運算符，這樣重載函數無形參。我們就可申明該前綴++類運算符重載函數如下：
class Zoo
{
public:
Zoo(int lion_n = 0, int tiger_n = 0){
lion = lion_n; tiger = tiger_n; }
~Zoo(){}
Zoo& operator++();//無參，返回值爲類名的引用
private:
int lion;
int tiger;
};
下面就是前綴++類運算符重載函數的實現了
內置類型前綴++操作符是直接修改了操作數，然後返回修改後的操作數本身（唯一地址），不存在複製的情況，所以重載函數也應遵循這一點：
Zoo& Zoo::operator++()
{
++lion;
++tiger;
return *this;
}
由於函數的返回值類型被定義爲引用，所以不會發生複製，返回的是操作數本身，完全符合內置前綴++的語法定義。
我們再來考慮錯誤情況：如果前綴++類運算符重載函數的返回值是類型，也就是返回一個對象，其對應實現如下：
Zoo Zoo::operator++()
{
++lion;
++tiger;
return *this;
}
咋一看上面的也實現了前綴++的功能，但是返回值是對象，在函數返回時會發生複製，雖然該函數成功將操作類對象的成員修改了，但是函數返回的是一個複製品，然後再執行++鏈式操作時，修改的會是這個複製品的值（相當於這個複製品調用前綴++類運算符重載函數），本尊並沒有修改，也就是不能成功實現鏈式操作，不符合內置++的語法定義（C++中，前綴++是可以連續前綴兩次以上的，但後綴++則不可以）。
Zoo zoo;
++(++zoo);
上面執行後，zoo.lion = 1，zoo.tiger = 1 。並不是期望的2。
至於返回其餘類型那就更加錯誤了。
3.2、後綴++類運算符重載函數（後綴--類似）
與前綴++操作符一樣，後綴++也是單目操作符，也會修改操作書本身，所以二者的形參數目和類型相同，爲了區別函數，後綴++操作符接受一個額外的（即，無用的）int 型形參。使用後綴++操作符時，編譯器提供0作爲這個形參的實參。
與前綴++類運算符截然相反的是，後綴++返回值的類型恰恰不能是類的引用，其目的是在返回值時引起復制，即讓一個並未自增的替身對象去參加表達式的後續運算，另外C/C++在語法上不允許後綴++連續運算兩次以上，也就不要求返回引用，並且必須返回 const 對象。我們看看內置後綴++操作符：
int i = 0;
int j = i++;
i++++; //違法
內置後綴++操作符，操作數 i 本身已經完成了自增，但是後續的賦值操作並不是將自增後的 i 賦值給j，而是將並未自增的替身參與賦值運算。所以在重載後綴++類運算符的時候，我們應該考慮這點，另外必須返回一個 const 對象：
const Zoo Zoo::operator++(int)
{
Zoo ret(*this);//拷貝構造函數，構造複製品
++lion;//本尊自增
++tiger;
return ret;//返回複製品
}
在已經定義了前綴++類運算符重載函數的情況下，後綴++類運算符重載函數一般這樣實現：
const Zoo Zoo::operator++(int)
{
Zoo ret(*this);//拷貝構造函數，構造複製品
++(*this);//本尊自增
return ret;//返回複製品
}
3.3、二目運算符重載（+=，-=，+，-）
先說複合賦值操作符，上面“+=”，“-=”也可認爲是賦值操作符。內置+=、-=、%= 是允許進行鏈式操作的（如果不確定是否允許，可以寫一個測試程序判斷），所以爲了與內置類型的操作一致，重載函數毫無疑問是返回一個引用，也避免了創建和撤銷結果的臨時副本。
但是“+”“-” 等是返回一個新的結果，這就要求算術運算符的重載不能返回一個引用，另外+的表達式也不能作爲左值。
int i = 1;
int j = 2;
i = i + j + j;//可以連續+，但是右邊的i,j還是原值，(i+j) = i + i;錯誤！
i += (i += j);//複合了賦值操作符，這樣是允許的
有了前面分析，不難寫出上面的重載函數
Zoo& Zoo::operator+=(Zoo &rhs)
{
lion += rhs.lion;
tiger += rhs.tiger;
return *this;
}
繼而過來討論“+”“-”：
返回值是一個右值
前面說到了，“+”“-”是返回一個新的結果，算術運算符通常產生一個新值，該值是兩個操作數的計算結果，它不同於任一操作數且在一個局部變量中計算，返回對那個變量的引用是一個運行時錯誤。通俗一點，假如算術運算符重載函數返回一個對象的引用，這個引用是兩個操作的計算結果，它的本體就會是一個局部變量（對象），返回一個局部變量的引用，是錯誤的。所以對於類算術運算符的重載，只能返回一個右值。
Zoo operator+(Zoo &first, Zoo &second)
{
Zoo ret(first);//拷貝構造函數，構造一個局部變量，用於返回值
ret += second;//運算操作
return ret;//返回一個值
}
二目算術運算符重載通常使用友元運算符重載方式。
從上面也可以看出，類運算符的重載最好與內置運算符保持一致，雖然沒硬性規定，但這儼然成了一個默認規定。
另外 !（邏輯反）、~（按位與）、-（負號）等與二目算術運算符有類似之處，那就他們都不會修改原對象數據成員，而是將運算結果交給一個新值，所以在重載時，需要構造一個臨時對象作爲返回值，返回值也就同樣不能是引用。
3.4、輸入輸出操作符重載
支持I/O操作的類所提供的I/O操作接口，一般應該與標準庫iostream爲內置類型定義的接口相同。
1、輸出操作符 << 的重載
爲了與I/O標準庫一致，操作符應接受 ostream& 作爲第一個形參，對類類型 const 對象的引用作爲第二個形參，並返回對 ostream 形參的引用。
重載輸出操作符可能相對於比較難理解，這裏簡單的說下，我們只能以自定義類的友元函數的形式重載這兩個運算符，這是因爲如果我們用成員函數的形式來重載的話，就要改動系統的流類 istream 和 ostream 定義，這是C++不允許的，如果不定義爲友元函數的話，將無法調用類對象成員數據輸出。
ostream& operator<<(ostream& stream, const Zoo &object)
{
//對object所引用的對象的數據進行的輸出操作
stream << object.lion;
stream << object.tiger;
return stream;
}
我們來看看上面這個輸出操作符重載函數，第一個參數是 ostream 類的引用，而函數的返回值也是 ostream 類的引用。毫無疑問，我們調用這個運算符重載函數時。實參肯定是 cout，這樣就造成了這樣一種情況：實參 stream 引用 cout，而函數的返回值又引用 stream，等於函數返回值引用的實體還是 cout。這樣做的目的是實現了連續的輸出操作。當執行下面語句：
cout << zoo_a << zoo_b;
//上面 cout << zoo_a 實質就是調用 operator<<(cout, zoo_a),然後返回 cout
//下一個 << 就相當於執行 cout << zoo_b, 同上
我們不能將該操作符重載函數定義爲類的成員函數，否則，左操作數將只能是該類類型的對象。IO操作符通常要對非公用數據成員進行讀寫，因此，類通常將IO操作符（輸入輸出）設爲友元。
2、輸入操作符 >> 的重載
爲了與IO標準庫一致，操作符應接受 istream& 作爲第一個形參，指向它要讀的流，並且返回的也是對同一個流的引用（鏈式操作）。它的第二個形參是對要讀入的對象的非 const 引用，該形參必須爲非 const，因爲輸入操作符的目的是將數據讀到這個對象中。
更重要但通常重視不夠的是，輸入和輸出操作符有如下區別：輸入操作符必須處理錯誤和文件結束的可能性。
輸入期間的錯誤：任何讀操作都可能因爲提供的值不正確而失敗；任何讀入都可能碰到輸入流中的文件結束或其他一些錯誤。也就需要對輸入進行附加檢查，發現有這些錯誤就需要我們進行處理。
3.5、不能重載的運算符 &&、|| 和 , 操作符
和 C 一樣，C++ 對於真假值表達式採用所謂驟死式評估方式。意思是一旦該表達式的真假值去頂，縱使表達式中還有部分尚未檢驗，整個評估工作仍告結束。比如下面這種情況：
char *p;
……
if ((p != NULL) && (strlen(p) > 10) ……
你無需擔心調用 strlen 時 p 是否爲 NULL 指針，因爲如果 p 是否爲NULL 的測試結果是否定的，strlen 就絕不會被調用。事實上，對一個 NULL 指針調用 strlen，結果未可預期。
回到重載，C++ 允許我們爲用戶定製型別量身定做各類操作符，包括 && 和 ||，操作符重載語義上是允許的，但是我們要考慮重載會不會改變對應內置操作符的規則。拿 && 和 || 來說，重載則是對 operator && 和 operator || 兩函數進行重載工作，值得注意的是，函數調用語義將會取代驟死式語義，也就是說，如果你將operator && 重載，下面這個蝨子：
if (expression1 && expression2) ……
會被編譯器視爲以下兩者之一：
if (expression1.operator&&(expression2)) ……
//假設 operator&& 是個 member function
if (operator&&(expression1, expression2)) ……
//假設 operator&& 是個全局函數
上面函數調用語義和所謂驟死式語義有兩個重大的不同。第一，當函數調用動作被執行起來，所有參數值都必須評估完成，所以當我們調用 operator&& 和 operator|| 時，兩個參數都已評估完成，沒有什麼驟死式語義。第二，C++ 語言規格並未明定函數調用動作中各參數的評估次序，所以沒辦法知道 expression1 和 expression2 哪個會先被評估，而內置的真假值表達式，則總是由左向右評估其自變量。
C++ 中，運算符重載的一個重要參考就是：不能修改運算符的內置語義。
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