第17章 运算符重载

1. 运算符重载（yùn suàn fú zhòng zài /yn⁵¹ swan⁵¹ fu³⁵ ʈʂʊŋ⁵¹ tsaɪ⁵¹/）带来了什么，又付出了什么

重载的运算符就是一个名字是标点符号的函数。整个特性就是这样。 a + b 精确地就是 operator+(a, b)，a[i] 精确地就是 a.operator[](i)，编译器做的事不过是用第二种写法替换第一种 （第17.1章）。

收益是真实的：对一个数值类型来说，a * b + c 读起来就是数学的样子， 没有读者需要去解码某个名字。对一个智能句柄来说，p->member 让包装类型可以用在原本用指针的地方。

代价也是真实的，而且不是你猜的那个代价。它不是多出来的函数调用 —— 那会被内联掉。代价是标点符号不携带任何信息。 + 无法告诉读者它是连接了两个序列、分配了内存、拷贝了十兆字节、 失败了，还是满足结合律。命名函数可以。命名函数还能被文本搜索到， 能放进调试器的断点列表里，也能被一门没有 operator+ 的语言调用。

2. 本章要论证的规则

优先用命名函数。只有当运算符的含义就是这个类型本来就有的含义， 并且这个操作不会失败、不会分配内存、不会让人吃惊时，才重载它。

最典型的例子是序列连接。对两个字符串，a + b 是从 1998 年继承下来的 C++ 习惯，它对字节到底发生了什么什么都没说：它产生一个新字符串， 意味着拷贝 a 的每一个字节和 b 的每一个字节， 意味着一次内存分配，意味着一条错误路径。 concat(a, b) 说的是“把两个序列变成一个”， 而 a.append(b) 说的是“把 b 接到 a 后面， 不产生新值，也不拷贝 a”。三个不同的操作，三种不同的代价， 而用 + 你根本分不清你得到的是哪一个。 第 17.2 章会把这个差别量出来： 同样 4000 字节的结果，用 + 要拷贝 998000 字节，用 append 是 0。

注意这条规则不是什么。它不是“永远不要重载运算符” —— 第17.3章 会给出一个定点数类型， 对它来说 + 和 * 就是正确答案； 第17.4章 会给出正确写法的 == 和 <=>。它是“不要用标点符号去隐藏一个读者必须知道决定”。

3. 一屏看完的对照表

4. 目录

• 第17.1章: 运算符就是函数 —— 编译器到底做了什么、成员与非成员、什么能重载什么不能、 以及“先 += 再 +”的规范形状。
• 第17.2章: 优先用命名函数： concat，而不是 + —— 实测 +/concat/append 的对比， 以及写标点符号之前要问的四个问题。
• 第17.3章: 值类型上的算术 —— + 正确的场合：定点数、noexcept、 [[nodiscard]]、对称性，以及不分配内存。
• 第17.4章: 相等与序关系 —— = default、<=>、全序与偏序， 以及为什么有时候你要的命名函数是一个比较器。
• 第17.5章: 自增与自减 —— 为什么前缀形式是原语、怎么写 ++i 和 i++ 才不至于互相漂移、 后缀那次拷贝要付多少、以及 [[nodiscard]] 能强制什么。
• 第17.6章: 转换运算符 —— explicit operator bool 作为唯一值得拥有的转换、两个被测量出来的隐式转换 bug、以及取代它们的命名访问器。
• 第17.7章: 下标、调用与解引用 —— []、()、*、->、 会插入的 operator[] 陷阱，以及代理引用。
• 第17.8章: 不该存在的运算符重载 —— 两个没有任何可辩护用法的重载（, 和 &，后者让标准库 付出了 std::addressof），以及标准库自己的 << / >>：它们把移位运算符拿去做了 I/O。
• 第17.9章: 规则与检查表 —— 把整章变成代码评审里可以 grep 的决定。

5. 读这一章之前你需要什么

• 函数与重载（第6章）。
• 引用与 const（第2.9章）。
• 五个特殊成员函数（第14章）， 因为一个返回新值的运算符就是一个拷贝或移动问题。
• 契约：你写的每个运算符都是函数，所以它要么 noexcept，要么 throws（第6.16章）。