C#運(yùn)算符重載的概念是什么呢？

重載是面向?qū)ο笾械囊粋€(gè)重要概念，它是對(duì)象多態(tài)性的一種不完全體現(xiàn)，人們通常所說(shuō)的重載，往往指的是函數(shù)的重載。本文向讀者介紹一種新的重載模型——運(yùn)算符重載。

為什么需要C#運(yùn)算符重載

函數(shù)的重載為一個(gè)對(duì)象上的相同行為提供不同的參數(shù)方式，這樣，開(kāi)發(fā)人員便可以使用這些不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)類似的功能。一組函數(shù)重載決策一般實(shí)現(xiàn)的功能是相同的，例如對(duì) Object 對(duì)象上的 ToString() 方法就有幾個(gè)重載版本，雖然它們接受的參數(shù)不同，但卻都表達(dá)同一個(gè)行為的最終結(jié)果。參數(shù)的不同導(dǎo)致函數(shù)重載版本的簽名不同，這樣編譯器很容易知道需要調(diào)用那一個(gè)重載版本。這種技術(shù)給開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了方便。

現(xiàn)在我們?cè)噲D對(duì)重載的定義進(jìn)行推廣。先讓我們看看最簡(jiǎn)單的例子，我們通常需要像這樣聲明并初始化一個(gè)值類型的變量：

int digit = 5;  
string sayHello = "Hello, World"; 

這里的“=”運(yùn)算符，就是將右邊的值傳遞給左邊變量的賦值運(yùn)算符。這里，5 的類型為 int，“Hello, World”的類型為 string，這與左邊被賦值的變量類型完全一致。

但對(duì)于上述的解釋，我們還可以這樣認(rèn)為：5 的類型為 uint 或 byte，"Hello, World"的類型為 char[]，那么如此一來(lái)，賦值運(yùn)算左邊和右邊的類型就不在等同，那么編譯器如何處理呢？有人會(huì)說(shuō)，這就是“隱式類型轉(zhuǎn)換”，這個(gè)答案確實(shí)很好，但隱式類型轉(zhuǎn)換的規(guī)則已經(jīng)被編譯器確定，如果賦值運(yùn)算的兩端不遵循隱式類型轉(zhuǎn)換規(guī)則，則需要顯式類型轉(zhuǎn)換，例如：

char c = '2';  
string s = (string)c;  
int i = (int)c; 

這些顯式類型轉(zhuǎn)換并不適用于任何場(chǎng)合，也許人們希望在其自定義的類中也能用賦值、加減乘除等語(yǔ)法操作它們。

對(duì)象和對(duì)象之間是可能存在這種特殊的運(yùn)算關(guān)系的，一個(gè)典型的例子就是“復(fù)數(shù)”對(duì)象。復(fù)數(shù)是一個(gè)值類型對(duì)象，它包含兩個(gè) double 類型的域，兩個(gè)復(fù)數(shù)對(duì)象可以被加、減、乘、除和相等性判斷，但無(wú)法比較大小。我們?cè)囅肟梢匀绱瞬僮鲝?fù)數(shù)類：

Complex c1, c2;  
c1 = new Complex(3, 4);  
c2 = "4+5i";  
var c3 = c1 * c2 / -c1 + c2;  
if (c1 == c2) c3 = c1; else c3 = c2; 

我們可以從這些代碼可以預(yù)見(jiàn)C#運(yùn)算符重載所需要實(shí)現(xiàn)的功能：

1、支持隱式類型轉(zhuǎn)換和顯式類型轉(zhuǎn)換的重載決策。

2、支持基本二元運(yùn)算符，如加、減、乘、除等。

3、支持基本一元運(yùn)算符，如取負(fù)、取反、自增、自減等。

4、支持基本關(guān)系運(yùn)算符，如大于、小于、等于和不等于等。

5、實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的運(yùn)算符，如三元運(yùn)算、[]、()、位運(yùn)算等。

事實(shí)上，運(yùn)算符重載的提出就是為了解決這些問(wèn)題。在 CLR 框架下的各種 CLR 語(yǔ)言，均不同程度的支持運(yùn)算符重載。Visual Basic 在 8.0 版本上（也就是 Visual Studio 2005）也支持了運(yùn)算符重載，運(yùn)算符重載除了以上列出的優(yōu)點(diǎn)外，還具備如下特點(diǎn)。

1、使得代碼更加容易理解和閱讀。

2、可以利用現(xiàn)有運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)關(guān)系規(guī)則處理對(duì)象之間的運(yùn)算。

3、使得代碼更加靈活，對(duì)象可操作性更好。

4、開(kāi)發(fā)人員可以舉一反三，因?yàn)樗麄兪煜ち顺Ｒ?guī)值類型上的運(yùn)算符使用，這樣可以直接將這些規(guī)則引入到自定義對(duì)象上。

下面我們通過(guò)介紹復(fù)數(shù)類的定義，來(lái)深入 C# 語(yǔ)言中的運(yùn)算符重載。

C# 運(yùn)算符重載決策示例

下面的例子定義一個(gè) Complex 類，實(shí)現(xiàn)了復(fù)數(shù)加、減、乘和除的四則運(yùn)算。C# 中定義常規(guī)運(yùn)算符的語(yǔ)法如下：

[public | private | protected | internal | internal protected]   
 
static <return type> | implicit | explicit operator  (  ) 

下面是C#運(yùn)算符重載（C# 3.0） 代碼。

    struct Complex  
    ...{  
        public double Real ...{ get; set; }  
        public double Imaginary ...{ get; set; }  
 
        public Complex(double real, double imaginary) : this() ...{ 
                   this.Real = real; this.Imaginary = imaginary; }  
 
        public static Complex operator +(Complex c1, Complex c2)  
        ...{  
            return new Complex ...{ Real = c1.Real + c2.Real, 
                           Imaginary = c1.Imaginary + c2.Imaginary };  
        }  
 
        public static Complex operator -(Complex c1, Complex c2)  
        ...{  
            return new Complex ...{ Real = c1.Real - c2.Real, 
                        Imaginary = c1.Imaginary - c2.Imaginary };  
        }  
 
        public static Complex operator *(Complex c1, Complex c2)  
        ...{  
            return new Complex ...{ Real = c1.Real * c2.Real - c1.Imaginary * c2.Imaginary, 
               Imaginary = c1.Real * c2.Imaginary   - c1.Imaginary * c2.Real };  
        }  
 
        public static Complex operator /(Complex c1, Complex c2)  
        ...{  
            return new Complex ...{ Real = -c1.Real * c2.Real + c1.Imaginary * c2.Imaginary,
              Imaginary = -c1.Real *   c2.Imaginary + c1.Imaginary * c2.Real };  
        }  
    } 

由于C#運(yùn)算符重載定義在定義它的對(duì)象實(shí)例上生效，所以可以改寫(xiě) operator - 和 operator / 運(yùn)算，使其更加簡(jiǎn)單。

public static Complex operator -(Complex c1, Complex c2)  
...{  
    return c1 + new Complex ...{ Real = c2.Real, Imaginary = c2.Imaginary };  
}  
 
public static Complex operator /(Complex c1, Complex c2)  
...{  
    return c1 * new Complex ...{ Real = -c2.Real, Imaginary = -c2.Imaginary };  
} 

這樣我們就可以很方便的使用 Complex 類：

var c1 = new Complex(3, 4), c2 = new Complex(1, 2);  
var c3 = c1 * c2;  
Complex c4 = c1 - c2 / c3 + c1; 

為了實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單的賦值，我們還需要實(shí)現(xiàn)隱式類型轉(zhuǎn)換（從 string 到 Complex）。

public static implicit operator Complex(string value)  
...{  
    value = value.TrimEnd('i');  
    string[] digits = value.Split('+', '-');  
    return new Complex ...{ Real = Convert.ToDouble(digits[0]), 
     Imaginary = Convert.ToDouble(digits[1]) };  
} 

可以通過(guò)如下代碼對(duì)實(shí)例進(jìn)行賦值。

Complex c = "4+5i"; 

在編譯器生成這些運(yùn)算符重載代碼時(shí)，實(shí)際上會(huì)為每個(gè)已被重載運(yùn)算符定義一個(gè)特殊名稱的方法。如 operator +，其實(shí)等同于如下代碼：

[SpecialName]  
public static Complex op_Addition(Complex c1, Complex c2)  
...{  
    return new Complex ...{ Real = c1.Real + c2.Real, 
               Imaginary = c1.Imaginary + c2.Imaginary };  
} 

C# 運(yùn)算符重載一覽表

您可以在 C# 中對(duì)于以下運(yùn)算符進(jìn)行重載決策。

◆+, -, !, ~, ++, --, true, false

這些一元運(yùn)算符可被重載。

◆+, -, *, /, %, &, |, ^, <<, >>

這些二元運(yùn)算符可被重載。

◆==, !=, <, >, <=, >=

這些關(guān)系運(yùn)算符可被重載。

◆&&, ||

這些條件運(yùn)算符不能被重載，但它們的值被 & 和 | 評(píng)估，而這兩個(gè)運(yùn)算符可以重載。

◆[]

數(shù)組運(yùn)算符不能被重載，但您可以定義索引器。

◆()

轉(zhuǎn)換運(yùn)算符不能被重載，但您可以定義隱式類型轉(zhuǎn)換和顯式類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符。

◆+=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=

這些賦值運(yùn)算符不能被重載，但他們的值，如 +=，會(huì)被 + 評(píng)估，而 + 可以被重載。

◆=, ., ?:, ->, new, is, sizeof, typeof

這些運(yùn)算符不能被重載。

C# 中的運(yùn)算符重載結(jié)論

C# 中的運(yùn)算符重載是對(duì)重載概念的一個(gè)重要補(bǔ)充和發(fā)展，它針對(duì)對(duì)象關(guān)系中的多元關(guān)系和四則運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算等常規(guī)運(yùn)算提供了重載支持，開(kāi)發(fā)人員可以利用運(yùn)算符重載優(yōu)化利用到這些關(guān)系的實(shí)現(xiàn)代碼中，以提高生產(chǎn)力。

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