下面是一些 C++ 运算符重载示例，包括算术运算符、赋值运算符、逻辑运算符、成员运算符、关系运算符等等，这些都是使用频率较高的几个运算符重载案例。

⭐️ 所有示例代码均存放于 GitHub: getiot/cpp-courses/operator_overloading 。

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示例 1：一元运算符重载

一元运算符即只对一个操作数进行操作的运算符，例如：!obj、-obj、++obj 、obj++ 或 obj-- 等等。

下面示例将对负号（-）进行重载：

#include <iostream>
using namespace std;

class Distance
{
private:
    int feet;    // 0 到无穷
    int inches;  // 0 到 12
public:
    // 构造函数
    Distance() {
        feet = 0;
        inches = 0;
    }
    Distance(int f, int i) {
        feet = f;
        inches = i;
    }
    
    // 显示距离
    void displayDistance() {
        cout << "F: " << feet << ", I: " << inches << endl;
    }
    
    // 重载负运算符 ( - )
    Distance operator- () {
        feet = -feet;
        inches = -inches;
        return Distance(feet, inches);
    }
};

int main(void)
{
    Distance d1(1, 10), d2(-5, 110);
    
    -d1;                     // 取相反数
    d1.displayDistance();    // 距离 D1
    
    -d2;                     // 取相反数
    d2.displayDistance();    // 距离 D2
    
    return 0;
}

编译并运行以上示例，输出结果如下：

F: -1, I: -10
F: 5, I: -110

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示例 2：二元运算符重载

二元运算符即需要两个参数的运算符，例如：加运算符（+）、减运算符（-）、乘运算符（*）、除运算符（/）。

下面示例将重载加运算符（+）：

#include <iostream>
using namespace std;

class Box
{
    double length;  // 长度
    double width;   // 宽度
    double height;  // 高度

public:
    Box () {
        length = 0.0;
        width  = 0.0;
        height = 0.0;
    }

    Box (double a, double b ,double c)
    {
        length = a;
        width  = b;
        height = c;        
    }

    double getVolume(void)
    {
        return length * width * height;
    }

    // 重载 + 运算符，用于把两个 Box 对象相加
    Box operator+(const Box& b)
    {
        Box box;
        box.length = this->length + b.length;
        box.width  = this->width + b.width;
        box.height = this->height + b.height;
        return box;
    }
};

int main(void)
{
    Box b1(5.0, 4.0, 3.0);
    Box b2(6.0, 5.0, 4.0);
    Box b3;

    cout << "Volume of b1 : " << b1.getVolume() << endl;
    cout << "Volume of b2 : " << b2.getVolume() << endl;

    // 把两个对象相加，得到 Box3
    b3 = b1 + b2;

    // Box3 的体积
    cout << "Volume of b3 : " << b3.getVolume() << endl;

    return 0;
}

使用 g++ main.cpp && ./a.out 命令编译运行以上示例，输出结果如下：

Volume of b1 : 60
Volume of b2 : 120
Volume of b3 : 693

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示例 3：关系运算符重载

C++ 允许重载任何一个关系运算符（例如 < 、 > 、 <= 、 >= 、 == 等），重载后的关系运算符可用于比较类的对象。许多 C++ 内置的数据类型也都支持各种关系运算符。

下面示例将重载小于符（<）：

#include <iostream>
using namespace std;

class Rect
{
private:
    double width;
    double height;

public:
    Rect(double a, double b)
    {
        width  = a;
        height = b;
    }

    double area() {
        return width * height;
    }

    // 重载小于运算符 ( < ), 按照面积比大小
    bool operator<(Rect& that)
    {
        return this->area() < that.area();
    }
};

int main()
{
    Rect r1(3.0, 5.0), r2(3.5, 4.5);

    cout << "Area of r1 = " << r1.area() << endl;
    cout << "Area of r2 = " << r2.area() << endl;

    if ( r1 < r2 )
        cout << "r1 is less than r2" << endl;
    else
        cout << "r1 is large than r2" << endl;

   return 0;
}

编译运行以上代码，输出结果如下：

Area of r1 = 15
Area of r2 = 15.75
r1 is less than r2

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示例 4：输入/输出运算符重载

C++ 使用流提取运算符（>>）和流插入运算符（<<）来输入和输出内置的数据类型，同时也允许重载 >> 和 << 来操作对象等用户自定义的数据类型。

可以把运算符重载函数声明为类的友元函数，这样就可以不用创建对象而直接调用函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Rect
{
public:
    double width;
    double height;

    Rect() {
        width = 0;
        height = 0;
    }

    Rect(double a, double b )
    {
        width  = a;
        height = b;
    }

    double area() {
        return width * height;
    }

    friend std::ostream &operator<<(std::ostream &output, Rect &r)
    { 
        output << "width: " << r.width << ", ";
        output << "height: " << r.height << ", ";
        output << "area: " << r.area();

        return output;
    }

    friend std::istream &operator>>(std::istream &input, Rect &r)
    {
        input >> r.width >> r.height;
        return input;            
    }
};

int main()
{
    Rect r1(3.0, 4.0), r2(6.0, 8.0), r3;
    
    cout << "Enter the value of object: \n";
    cin >> r3;
    cout << "r1: " << r1 << endl;
    cout << "r2: " << r2 << endl;
    cout << "r3: " << r3 << endl;
    
    return 0;
}

编译和运行以上示例，输出结果如下：

Enter the value of object: 
2 3
r1: width: 3, height: 4, area: 12
r2: width: 6, height: 8, area: 48
r3: width: 2, height: 3, area: 6

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示例 5：++ 和 – 运算符重载

递增运算符（++）和递减运算符（--）是 C++ 语言中两个重要的一元运算符，包括前缀和后缀两种用法。

下面示例将演示如何重载前缀自增（++obj）和后缀自减运算符（obj--）：

#include <iostream>
using namespace std;

class Time
{
private:
    int minute;             
    int second;

public:
    Time () {
        minute = 0;
        second = 0;
    }

    Time (int m, int s) {
        minute = m;
        second = s;
    }

    void display() {
        cout << minute << " : " << second << endl;
    }

    // 重载前缀递增运算符 ( ++ )
    Time operator++() {
        second++;

        if (second >= 60) {
            minute++;
            second = 0;
        }

        return Time(minute, second);
      }
    
    // 重载后缀递增运算符（ ++ ）
    Time operator++(int)
    {
        Time t(minute, second);  // 保存原始值
        second++;                // 对象加 1

        if (second >= 60) {
            minute++;
            second = 0;
        }

        return t;  // 返回旧的原始值
    }
};

int main()
{
    Time t1(12, 58), t2(0,45);
    
    t1.display();
    (++t1).display();
    (++t1).display();
    
    t2.display();
    (t2++).display();
    (t2++).display();
    
    return 0;
}

编译运行以上示例，输出结果如下：

12 : 58
12 : 59
13 : 0
0 : 45
0 : 45
0 : 46

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示例 6：赋值运算符重载

C++ 允许重载赋值运算符（=），用于创建一个对象，比如拷贝构造函数。

下面示例重载 Rect 中的赋值运算符，并在每次拷贝的时候就把长度和宽度数值各加 1。

#include <iostream>
using namespace std;

class Rect
{
private:
    double width;
    double height;

public:
    Rect() {
        width = 0;
        height = 0;
    }

    Rect(double a, double b) {
        width = a;
        height = b;
    }

    void display() {
        cout << " width: " << width;
        cout << " height: " << height;
    }

    void operator= (const Rect &r)
    {
        width = r.width + 1;
        height = r.height + 1;
    }
};

int main()
{
    Rect r1(3.0, 4.0), r2;
    
    r2 = r1;

    cout << "r1: ";
    r1.display();
    cout << endl;

    cout << "r2: ";
    r2.display();
    cout << endl;

    return 0;
}

编译和运行以上示例，输出结果如下：

r1:  width: 3 height: 4
r2:  width: 4 height: 5

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示例 7：函数调用运算符重载

C++ 允许重载函数调用运算符（即 () 符号）。重载 () 的目的不是为了创造一种新的调用函数的方式，而是创建一个可以传递任意个参数的运算符函数。其实就是创建一个可调用的对象。

下面示例将演示重载函数调用运算符的妙用：

#include <iostream>
using namespace std;

class Rect
{
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rect() {
        width  = 0;
        height = 0;
    }

    Rect(int a ,int b) {
        width  = a;
        height = b;
    }

    void operator()() {
        cout << "Area of myself is:" << width * height << endl;
    }
};

int main()
{
    Rect r1(3, 4), r2(6, 8);

    cout << "r1: "; 
    r1();

    cout << "r2: ";
    r2();
    
    return 0;
}

编译和运行以上示例，输出结果如下：

r1: Area of myself is:12
r2: Area of myself is:48

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示例 8：下标运算符重载

下标操作符（[]）通常用于访问数组元素。C++ 允许重载下标运算符用于增强操作 C++ 数组的功能，重载下标运算符最重要的作用就是设置一个哨兵，防止数组访问越界。

下面示例演示重载下标运算符：

#include <iostream>
using namespace std;

const int SIZE = 10;

class Fibo
{
private:
    // 偷懒，防止把 SIZE 设置的过小
    int arr[SIZE+3];

public:
    Fibo() {
        arr[0] = 0;
        arr[1] = 1;

        for(int i=2; i<SIZE; i++) {
            arr[i] = arr[i-2] + arr[i-1];
        }
    }

    int& operator[](unsigned int i) {
        if (i >= SIZE) {
            std::cout << "(索引超过最大值) ";
            return arr[0]; // 返回第一个元素
        }
        return arr[i];
    }
};

int main()
{
    Fibo fb;
    
    for (int i=0; i<SIZE+1; i++) {
        cout << fb[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    
    return 0;
}

编译和运行以上示例，输出结果如下：

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 (索引超过最大值) 0

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示例 9：类成员访问运算符重载

C++ 允许重载类成员访问运算符（->），用于为一个类赋予 “指针” 行为。重载 -> 运算符时需要注意以下几点：

• 运算符 -> 必须是一个成员函数；
• 如果使用了 -> 运算符，返回类型必须是指针或者是类的对象；
• 运算符 -> 通常与指针引用运算符 * 结合使用，用于实现智能指针的功能；
• 这些指针是行为与正常指针相似的对象，唯一不同的是，通过指针访问对象时，它们会执行其它的任务（比如，当指针销毁时，或者当指针指向另一个对象时，会自动删除对象）。

间接引用运算符 -> 可被定义为一个一元后缀运算符，比如：

class Ptr{
   //...
   X * operator->();
};

类 Ptr 的对象可用于访问类 X 的成员，使用方式与指针的用法十分相似，如下：

void f(Ptr p )
{
    p->m = 10 ; // (p.operator->())->m = 10
}

语句 p->m 被解释为 (p.operator->())->m。通过下面示例加深理解：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

// 假设一个实际的类
class Obj
{
    static int i, j;

public:
    void f() const { cout << i++ << endl; }
    void g() const { cout << j++ << endl; }
};

// 静态成员定义
int Obj::i = 10;
int Obj::j = 12;

// 为上面的类实现一个容器
class ObjContainer
{
    std::vector<Obj*> a;

public:
    void add(Obj* obj) {
        a.push_back(obj);  // 调用向量的标准方法
    }

    friend class SmartPointer;
};

// 实现智能指针，用于访问类 Obj 的成员
class SmartPointer {
    ObjContainer oc;
    int index;

public:
    SmartPointer(ObjContainer& objc)
    {
        oc = objc;
        index = 0;
    }
    // 前缀版本
    // 返回值表示列表结束
    bool operator++() 
    {
        if(index >= oc.a.size())
            return false;
        
        if(oc.a[++index] == 0)
            return false;
        
        return true;
    }
    // 后缀版本
    bool operator++(int)
    {
        return operator++();
    }

    // 重载运算符 ->
    Obj* operator->() const 
    {
        if(!oc.a[index]) {
            std::cout << "Zero value";
            return (Obj*)0;
        }

        return oc.a[index];
    }
};

int main() 
{
    const int sz = 6;

    Obj o[sz];
    ObjContainer oc;

    for(int i=0; i<sz; i++) {
        oc.add(&o[i]);
    }

    SmartPointer sp(oc); 

    do {
        sp->f(); 
        sp->g();
    } while(sp++);

    return 0;
}

编译和运行以上示例，输出结果如下：

10
12
11
13
12
14
13
15
14
16
15
17

---

示例 10：逻辑非运算符重载

逻辑非（!）运算符是一元运算符，它总是出现在所操作对象的左边，如 !obj。逻辑非运算符运算符返回的类型为 bool 类型，当对象为真值时，返回假；当对象为假值时，返回真。

下面示例演示如何重载 ! 运算符：

#include <iostream>
using namespace std;

class Rect
{
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rect() {
        width = 0;
        height = 0;
    }

    Rect( int a, int b ) {
        width = a;
        height = b;
    }

    int area () {
        return width * height;
    }

    // 当 width 或者 height 有一个小于 0 则返回 true
    bool operator!() {
        if ( width <= 0 || height <= 0 ) {
            return true;
        }
        return false;
    }
};

int main()
{
    Rect r1(3, 4), r2(-3, 4);

    if (!r1) cout << "r1 is not a rectangle" << endl;
    else cout << "r1 is a rectangle" << endl;

    if (!r2) cout << "r2 is not a rectangle" << endl;
    else cout << "r2 is a rectangle" << endl;
    
    return 0;
}

使用 g++ main.cpp && ./a.out 命令编译和运行以上示例，输出结果如下：

r1 is a rectangle
r2 is not a rectangle

---

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