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运算符重载入门 ​

更新时间：2026-08-27。本文是 languages/cpp/ 主题入门层第 24 篇。运算符重载让 +、<<、== 这些符号能用在自定义类型上：v1 + v2、cout << p 不再只是内建类型的特权。它有两种写法（成员函数 / 全局函数），全局写法往往要拉着友元出场。

本文要回答的问题 ​

  • 运算符重载是什么？凭什么让 + 认识自定义类型？
  • 成员函数和全局函数两种写法怎么选？
  • 为什么 operator<< 必须用全局函数 + 友元？

一、运算符也是函数 ​

1 + 2 在 C 里就是内建行为；C++ 允许你给类定义"这个类怎么参与 +"。写法是把运算符变成函数：

cpp
class Vector2 {
public:
    double x_, y_;
    Vector2(double x, double y) : x_(x), y_(y) {}

    Vector2 operator+(const Vector2& other) const {   // 成员函数形式
        return Vector2(x_ + other.x_, y_ + other.y_);
    }
    bool operator==(const Vector2& other) const {
        return x_ == other.x_ && y_ == other.y_;
    }
};

Vector2 a(1, 2), b(3, 4);
Vector2 c = a + b;     // 等价于 a.operator+(b)
if (a == b) { /* ... */ }

a + b 被编译器翻译成 a.operator+(b)——成员函数形式下，左操作数是 this，右操作数是参数。operator+ 就是函数名，+ 只是个记号。

二、两种写法怎么选 ​

形式写法左操作数适用场景
成员函数Vector2 operator+(...)必须是本类对象左边总是自己的类型
全局函数Vector2 operator+(const Vector2&, const Vector2&)可以是任意类型两边都可能不是本类

成员函数简单直接，但有个硬限制：左操作数必须是本类的对象。比如 2.0 * v（double 在左边）写成成员函数就不行——2.0 不是 Vector2 对象。这时用全局函数：

cpp
Vector2 operator*(double k, const Vector2& v) {   // 全局
    return Vector2(k * v.x_, k * v.y_);
}
Vector2 operator*(const Vector2& v, double k) {   // 再写一个对称的
    return Vector2(v.x_ * k, v.y_ * k);
}

Vector2 r = 2.0 * v;     // 调全局版本
Vector2 s = v * 2.0;     // 调对称版本

经验法则：左操作数是本类 → 成员函数；左操作数可能是别的类型 → 全局函数。加减乘除（对称运算符）很多项目统一用全局函数，两边平等对待。

三、operator<<：为什么必须全局 + 友元 ​

cpp
std::cout << p;

<< 的左边是 std::cout（ostream 对象），不是你的类。所以只能写全局函数。但全局函数要读 p 的私有成员 x_、y_——上一篇文章的友元正好派上用场：

cpp
class Point {
    int x_, y_;
public:
    Point(int x, int y) : x_(x), y_(y) {}
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {
        os << "(" << p.x_ << ", " << p.y_ << ")";
        return os;
    }
};

Point pt(1, 2);
std::cout << pt;         // 输出 (1, 2)

两个细节：

  1. 返回 std::ostream&（还是那个 cout），才能支持 cout << p << " done" 连环输出——和上一篇的 *this 链式同理；
  2. 上面把函数体直接写在 friend 声明里（类内友元定义），简洁常见。

四、哪些运算符能重载 ​

能重载不能重载
+ - * / %、== != < >、<< >>、[]、()、++ --、`&&

规则：只能重载已有的运算符，不能发明新符号；::、.、?: 这类语义太内核的禁止重载。运算符重载没法改变优先级和结合性——a + b * c 永远先乘后加。

五、和 C 对比 ​

对比项CC++
结构体运算手写 add(v1, v2) 函数v1 + v2 运算符重载
打印结构体print(&p) 手写格式cout << p 重载 <<
比较结构体memcmp 或逐字段重载 ==
滥用风险无语义混乱（+ 做减法）

C 里对结构体做加法就是 add(&a, &b)——没错，但读代码时"这是在加向量"要再想一步。C++ 重载 + 后 a + b 直读。代价是纪律：重载要符合直觉，+ 就该是加法语义，operator+ 内部偷偷做减法属于给后人埋雷。

六、与本站主线衔接 ​

  • 友元与运算符重载的配合，回看 友元；
  • operator[]（下标）、operator()（仿函数）等进阶重载见高手层；
  • 下一篇：const 成员函数——给"只读操作"上锁。

一句话总结 ​

运算符重载把 +、<<、== 变成成员函数或全局函数，让自定义类型享受内建语法；左操作数是本类用成员函数，可能是别的类型用全局函数；operator<< 必须全局 + 友元（读私有成员 + 左边是 cout）；只能重载已有运算符、不能改优先级，重载语义必须符合直觉。

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