C++运算符重载的妙用

运算符重载（Operator overloading）是C++重要特性之一，本文通过列举标准库中的运算符重载实例，展示运算符重载在C++里的妙用。具体包括重载operator<<，operator>>支持cin，cout输入输出；重载operator[]，实现下标运算；重载operator+=实现元素追加；重载operator()实现函数调用。如果你对C++的运算符重载掌握的游刃有余，那就无需继续往下看了。

运算符重载带来的好处就是——让代码变得简洁。下面将展示几个标准库因使用运算符重载而是代码简洁的实例。

Hello, World与operator<<

刚学C++时看到的第一个C++程序就是Hello World，它当时长得这样：

#include <iostream>using namespace std;int main(int argc, char *argv[]){cout << "Hello, world!" << endl;return 0;}

当时，我以为 cout << sth 和 cin >> xxx 这是“必须的格式”。而事实上，这只是运算符重载在标准库里的一个缩影而已。这里实际调用的是<string>定义的：

  extern template ostream& operator<<(ostream&, const char*);

容器与operator[]

下面展示vector和map因提供了operator[]而使程序变得简洁的实例。

vector::operator[]

STL 容器（Container）中的vector，map，都提供了operator[]，对于vector，operator[]使得它的用法“和数组类似”，就是可以用下标访问vector的元素：

int firstInt = ivec[0]; // operator[]ivec[0] = 1; // 

如果没有运算符重载，同样的功能很可能就要写成：

int firstInt = ivec.get(0); ivec.set(0, 1); 

这就不再像数组那么“亲切”了。

下面的代码是求vector<int> ivec内所有元素和的代码：

int sum = 0;for(int i=0; i < ivec.size(); i++) {sum += ivec[i];}

map::operator[]

类似的，operator[]使map非常好用。比如使用标准库map和string的单词统计的核心代码只有如下几行：

string word;map<string, int> dict;while(cin >> word){dict[word]++; // operator[]}

对于map，如果没有operator[]，那上面的 dict[word]++ 一行要写成：

map<string, int>::iterator it = dict.find(word);if(it != dict.end()) {it->second++;}else {dict.insert(make_pair(word, 1));}

可以从cplusplus.com可以上看到，map的operator[]相当于：

(*((this->insert(make_pair(x,T()))).first)).second

这种写法看起来很难理解，能这么写是因为map::insert是有返回值的：

pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x );

使用C++标准库实现的"单词统计"，整个程序如下：

#include <cstdio>#include <iostream>#include <map>#include <string>using namespace std;int main(int argc, char *argv[]){string word;map<string, int> dict;while(cin >> word){dict[word]++;}// output:for(map<string, int>::iterator it = dict.begin(); it != dict.end(); ++it){cout << it->first << "\t" << it->second << "\n";}return 0;}

这段程序不仅完成了“单词统计”，还按照单词的字典顺序进行输出，这些全依赖于标准库的运算符重载。

迭代器与operator++

上面“单词统计”的代码，已经使用设计到了iterator，正是“迭代器”。简单地说，迭代器就是有指针功能的class类型；而它的“指针”功能，正是经由运算符重载实现的。

比如下面代码可以输出vecotr<int> ivec的全部元素：

for(vector<int>::iterator it = ivec.begin(); it != ivec.end(); // operator!=it++) { // operator++printf("%d\n",*it); // operator*}

这段短短的代码调用了iterator重载的三个operator。运算符重载使得这里for循环的写法和数组的迭代方式类似。C/C++的原始指针支持的运算有：

1. 解引用(dereference)运算
2. 取成员(member access)运算
3. 自增(increment)、自减(decrement)运算
4. 算数加减运算

实现以上功能，对应的运算符重载成员函数分别为：

1. operator*()
2. operator->()
3. operator++()、operator--()
4. operator+(int)、operator-(int)

iterator至少实现了1,2,3中的一个。全部重装就能完全模拟指针支持的语法，要实现和指针类似的功能还需实现对于的函数内容。

除了iterator，智能指针（shared_ptr等）也重载了以上几个运算符，使得他们用起来和原始指针非常相似（语法形式上）；但它们的“自动引用计数”能力除了借助了运算符重载，更多的应当归功与C++的RAII惯用法，后续我将专门写一篇关于RAII妙用的文章来解释shared_ptr是如何实现“自动引用计数”的。

关于迭代器，最为激进的莫过于：

copy(istream_iterator<char>(cin), istream_iterator<char>(), ostream_iterator<char>(cout, "")); 

string与operator+=

标准库的string，提供了operator[]，使得用户可以使用下标运算符访问字符串中的字符，这和char array, char pointer无异。例如：

str1[0] = str2[0];str2[0] = 'A';

除此之外，string还提供了重载了的operator+=，可以向已有的string对象追加字符和字符串（包括char array，char pointer）。例如：

str1 += '!';str1 += str2;str1 += "literal string";

函数对象与operator()

在<algorithm>提供的众多算法中，大多都有两个版本，其中一个版本多出一个叫做Function Object的参数，比如sort:

template <class RandomAccessIterator>  void sort ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last );template <class RandomAccessIterator, class Compare>  void sort ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp );

comp就被称作是Function Object。

到底什么是Function Object呢？字面理解就是一个可以当函数调用的对象，其实就是一个重载了operator()的对象，比如要实现对一个vector<string>按照字符串长度对元素排序，可以传入一个这个Functor的实例：

struct StrLenComp{bool operator()(const string& a, const string& b) {return a.length() < b.length();}};

当然，如果你对C++11很熟悉，这个Functor的Function Object完全可以用一行的lambda表达式表示：

[](const string& a, const string& b){ return a.length() < b.length(); }

小结

上面列出的是标准库中最广为认知的运算符重载的例子，但标准库使用运算符重载的地方远不止此。

实质

C++中运算符重载实际上和函数重载、成员函数重载并没有两样，只是写起来更简洁一点罢了。编译时，它们都会被修改为编译器内部的名称，也同样支持“重载”——参数列表不同。

代码实例

本文只讲了运算符重载在C++中各种“神奇”的用法，你是不是也摩拳擦掌，想要一展身手了？你是想要体验一把这些特性的“好用之处”，还是想要“自己动手”写几个运算符重载函数？预知如何重载运算符，请移步：http://blog.csdn.net/xusiwei1236/article/details/39528813