一、运算符重载基本知识
在前面的一篇博文
中，介绍了函数重载的概念，定义及用法，函数重载（也被称之为函数多态）就是使用户能够定义多个名称相同但特征标（参数列表）不同的函数，目的是在对不同类型的参数执行相同的操作时只用一个同名的函数。
运算符重载，就是使同一个运算符在面临不同类型的数据时作出不同的操作（函数重载是操作相同），就是让同一个运算符有多重功能。实际上我们经常用的许多运算符已被重载，例如，将*用于地址，将得到存储在这个地址中的值；但将它用于两个数字时，得到的将是它们的乘积。
C++允许将运算符重载扩展到用户定义的类型，如允许使用+将两个对象相加，编译器根据操作的数目和类型决定使用哪种加法的定义。
运算符重载格式如下：
operator运算符()；
例如，operator+()重载+运算符，operator-()重载-运算符等。但是被重载的运算符必须是有效的C++运算符，不能自创一个新的符号。
二、运算符重载示例
假设写一篇博客，上午花了1小时42分钟编码，下午又花了2小时33分钟修改，要计算总共花的时间，很显然与加法概念很吻合，但是要相加的单位是小时与分钟的混合，与内置的加法类型不匹配。采用一个使用方法来处理加法的Time类。作为对比，首先使用常规方法，建立一个名为sum()的函数，然后介绍使用重载运算符。
函数的方法：
1 //mytime0,未使用运算符重载
2 #ifndef MYTIME0_H
3 #define MYTIME0_H
4
5 class Time
6 {
7 private:
8 int hours;
9 int minutes;
10 public:
11 Time();
12 Time(int h, int m = 0);
13 void addMin(int m);
14 void addHr(int h);
15 void reset(int h = 0, int m = 0);
16 Time sum(const Time & t ) const;
17 void show() const;
18 };
19
20 #endif
1 #include <iostream>
2 #include "mytime0.h"
3
4 Time::Time()
5 {
6 hours = minutes = 0;
7 }
8
9 Time::Time(int h, int m)
10 {
11 hours = h;
12 minutes = m;
13 }
14
15 void Time::addMin(int m)
16 {
17 minutes += m;
18 hours += minutes / 60;
19 minutes %= 60;
20 }
21
22 void Time::addHr(int h)
23 {
24 hours += h;
25 }
26
27 void Time::reset(int h, int m)
28 {
29 hours = h;
30 minutes = m;
31 }
32
33 Time Time::sum(const Time & t) const
34 {
35 Time result;
36 result.minutes = minutes + t.minutes;
37 result.hours = hours + t.hours +result.minutes / 60;
38 result.minutes %= 60;
39 return result;
40 }
41
42 void Time::show() const
43 {
44 std::cout << hours << " hours, " << minutes << " minutes";
45 }
1 /*usetime0*/
2 #include <iostream>
3 #include "mytime0.h"
4
5 int main()
6 {
7 using std::cout;
8 using std::endl;
9 Time planning;
10 Time coding(1, 42);
11 Time fixing(2, 33);
12 Time total;
13
14 cout << "planning time = ";
15 planning.show();
16 cout << endl;
17
18 cout << "coding time = ";
19 coding.show();
20 cout << endl;
21
22 cout << "fixing time = ";
23 fixing.show();
24 cout << endl;
25
26 total = coding.sum(fixing);
27 cout << "coding.sum(fixing) = ";
28 total.show();
29 cout << endl;
30
31 return 0;
32 }
运行结果：
运算符重载的方法：
这里所举例子比较简答，我们只需要将sum()名称改为operator+()即可。程序清单如下：
1 //mytime0,未使用运算符重载
2 #ifndef MYTIME0_H
3 #define MYTIME0_H
4
5 class Time
6 {
7 private:
8 int hours;
9 int minutes;
10 public:
11 Time();
12 Time(int h, int m = 0);
13 void addMin(int m);
14 void addHr(int h);
15 void reset(int h = 0, int m = 0);
16 Time operator+(const Time & t ) const;
17 void show() const;
18 };
19
20 #endif
1 #include <iostream>
2 #include "mytime0.h"
3
4 Time::Time()
5 {
6 hours = minutes = 0;
7 }
8
9 Time::Time(int h, int m)
10 {
11 hours = h;
12 minutes = m;
13 }
14
15 void Time::addMin(int m)
16 {
17 minutes += m;
18 hours += minutes / 60;
19 minutes %= 60;
20 }
21
22 void Time::addHr(int h)
23 {
24 hours += h;
25 }
26
27 void Time::reset(int h, int m)
28 {
29 hours = h;
30 minutes = m;
31 }
32
33 Time Time::operator+(const Time & t) const
34 {
35 Time result;
36 result.minutes = minutes + t.minutes;
37 result.hours = hours + t.hours +result.minutes / 60;
38 result.minutes %= 60;
39 return result;
40 }
41
42 void Time::show() const
43 {
44 std::cout << hours << " hours, " << minutes << " minutes";
45 }
1 /*usetime0*/
2 #include <iostream>
3 #include "mytime0.h"
4
5 int main()
6 {
7 using std::cout;
8 using std::endl;
9 Time planning;
10 Time coding(1, 42);
11 Time fixing(2, 33);
12 Time total;
13
14 cout << "planning time = ";
15 planning.show();
16 cout << endl;
17
18 cout << "coding time = ";
19 coding.show();
20 cout << endl;
21
22 cout << "fixing time = ";
23 fixing.show();
24 cout << endl;
25
26 total = coding + fixing; //通过运算符+号直接调用重载的运算符
27 cout << "coding + fixing = ";
28 total.show();
29 cout << endl;
30
31 Time morefixing(2, 42);
32 cout << "morefixing time = ";
33 morefixing.show();
34 cout << endl;
35
36 total = morefixing.operator+(total);//也可以通过函数名的方式调用
37 cout << "morefixing.operator+(total) = ";
38 total.show();
39 cout << endl;
40
41 return 0;
42 }
总之，operator+()函数名使得可以使用函数表示法或运算符表示法来调用它。
如果t1,t2,t3,t4都是Time对象，可以这样操作吗：
t4 = t1 + t2 +t3;
我们来仔细分析下，+是从左向右结合的运算符，根据上述代码中的函数，上述语句首先被转换为：
t4 = t1.operator+(t2 + t3); //t1调用operator+()函数
接着继续转换为：
t4 = t1.operator+(t2.operator+(t3)); //t2调用operator+()函数
上述语句合法吗？当然合法，因为 t2.operator+(t3)返回一个Time对象，是t2和t3的和，该对象又成为函数调用t1.operator+()的参数，该调用返回t1与表示t2和t3之和的Time对象的和。最后返回值为t1,t2,t3之和，正是我们想要的结果。可以看出，运算符重载实现运算功能要比函数看起来更加自然一些。
三、重载的限制
多数C++运算符都可以用这样的方式重载。但是没有绝对的自由。主要限制有如下几条：
- 重载后的运算符至少有一个操作数是用户定义的类型。这将防止用户为标准类型重载运算符。假如没有这个限制，我们可以将-重载为两个double相加，而不是它们的差，就乱套了。
- 使用运算符不能违反运算符原来的句法规则。例如。不能将求模运算符（%）重载成使用一个操作数：% x.同时不能修改运算符的优先级。
- 不能创建新的运算符。例如，不能定义operator**()函数来表示求幂。
- 不能重载如下运算符：
-
- sizeof sizeof运算符
- . 成员运算符
- .* 成员指针运算符
- :: 作用域解析运算符
- ?: 条件运算符
- typeid 一个RTTI运算符
- const_cast
- dynamic_cast
- reinterpret_cast
- static_cast
5. 大多数运算符都可以通过成员或者非成员函数重载，但是下面的运算符只能通过成员函数重载
= 赋值运算符
() 函数调用运算符
[] 下表运算符
-> 通过指针访问类成员的运算符。