深入理解C++ 重载 ＜四＞ 重载加号运算符

在 C++ 中，重载 + 运算符的本质是定义一个名为 operator+ 的函数。它通常用于让自定义类型支持类似内置类型的加法写法，例如：

cpp

Point a(1, 2);
Point b(3, 4);
Point c = a + b; // 希望得到 (4, 6)

+ 既可以重载为成员函数，也可以重载为非成员函数。二元 + 的两种基本形式如下。

1. 成员函数形式

在类内声明：

cpp

class Point {
public:
Point operator+(const Point& rhs) const;
};

含义：

• 左操作数是当前对象 *this；

• 右操作数是参数 rhs；

• const 表示不会修改当前对象；

• 返回类型通常是新对象 Point，而不是引用；

• a + b 等价于 a.operator+(b)。

实现：

cpp

Point Point::operator+(const Point& rhs) const {
return Point(x_ + rhs.x_, y_ + rhs.y_);
}

注意：

• 参数用 const Point&，避免拷贝，也表明不修改右操作数；

• 返回值用 Point，因为 a + b 产生一个临时新对象；

• 不要返回局部对象的引用，否则会悬空。

2. 非成员函数形式

也可以写成类外函数：

cpp

Point operator+(const Point& lhs, const Point& rhs);

如果该函数需要访问 Point 的私有成员，可以在类内声明为友元：

cpp

class Point {
friend Point operator+(const Point& lhs, const Point& rhs);
};

实现：

cpp

Point operator+(const Point& lhs, const Point& rhs) {
return Point(lhs.x_ + rhs.x_, lhs.y_ + rhs.y_);
}

非成员函数的好处是左右操作数地位对称。例如如果 Point 有非 explicit 的构造函数，那么 5 + p 和 p + 5 都可能支持。成员函数形式通常要求左操作数已经是 Point 类型。

但注意：不要同时对同一个类型定义成员版和非成员版的同一个 operator+，否则 a + b 会产生二义性。

3. 关键规则

#include <iostream>

class Point {
public:
Point(int x = 0, int y = 0) : x_(x), y_(y) {}

// 重载二元 +：成员函数版本
// a + b 等价于 a.operator+(b)
Point operator+(const Point& rhs) const {
return Point(x_ + rhs.x_, y_ + rhs.y_);
}

// 重载 +=：修改当前对象，返回自身引用
Point& operator+=(const Point& rhs) {
x_ += rhs.x_;
y_ += rhs.y_;
return *this;
}

int x() const { return x_; }
int y() const { return y_; }

private:
int x_;
int y_;
};

// 重载输出运算符，方便打印
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {
os << "(" << p.x() << ", " << p.y() << ")";
return os;
}

int main() {
Point a(1, 2);
Point b(3, 4);

Point c = a + b; // 调用 a.operator+(b)
std::cout << "a = " << a << '\\n';
std::cout << "b = " << b << '\\n';
std::cout << "a + b = " << c << '\\n';

// 支持链式加法
Point d = a + b + Point(10, 20);
std::cout << "a + b + (10,20) = " << d << '\\n';

// 测试 +=
a += b;
std::cout << "a += b 后 a = " << a << '\\n';

return 0;
}