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C# Academy · 课时

重载算术运算符

为自定义类型定义 +、-、*。

重载算术运算符 是 CoddyKit 上的免费 C# Academy 课时。 这是第 1 节课，共 4 节。 你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。 这是 C# Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 C# Academy 课程共包含 4 节课。

为什么要重载算术运算符

运算符重载让您自己的类型可以使用 +、- 和 * 等熟悉的符号。对于向量、货币或复数等具有值语义的类型，这能让代码读起来像数学表达式，而不是方法调用。

运算符 + 语法

重载的运算符声明为一个 public static 方法，其名称是 operator 后跟符号。至少有一个参数必须是包含该方法的类型。

using System;

public struct Vector2
{
    public int X, Y;
    public Vector2(int x, int y) { X = x; Y = y; }

    public static Vector2 operator +(Vector2 a, Vector2 b)
        => new Vector2(a.X + b.X, a.Y + b.Y);

    public override string ToString() => "(" + X + ", " + Y + ")";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var sum = new Vector2(1, 2) + new Vector2(3, 4);
        Console.WriteLine(sum);
    }
}

减法与乘法

您可以在同一类型上重载多个运算符。这里为向量添加减法和标量乘法。

using System;

public struct Vector2
{
    public int X, Y;
    public Vector2(int x, int y) { X = x; Y = y; }

    public static Vector2 operator -(Vector2 a, Vector2 b)
        => new Vector2(a.X - b.X, a.Y - b.Y);
    public static Vector2 operator *(Vector2 a, int k)
        => new Vector2(a.X * k, a.Y * k);

    public override string ToString() => "(" + X + ", " + Y + ")";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var v = new Vector2(5, 6) - new Vector2(2, 1);
        Console.WriteLine(v);
        Console.WriteLine(new Vector2(2, 3) * 4);
    }
}

运算符始终是静态的

重载的运算符必须是 static。它们不会作用于隐藏的 this；相反，操作数会作为显式参数传入。编译器会将符号映射到方法。

using System;

public struct Money
{
    public decimal Amount;
    public Money(decimal amount) { Amount = amount; }

    public static Money operator +(Money a, Money b)
        => new Money(a.Amount + b.Amount);

    public override string ToString() => "$" + Amount;
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var total = new Money(10.5m) + new Money(4.25m);
        Console.WriteLine(total);
    }
}

一元运算符

一元运算符（如取负）只接受一个操作数。使用一个参数重载 operator -，即可支持 -v 这样的表达式。

using System;

public struct Vector2
{
    public int X, Y;
    public Vector2(int x, int y) { X = x; Y = y; }

    public static Vector2 operator -(Vector2 a)
        => new Vector2(-a.X, -a.Y);

    public override string ToString() => "(" + X + ", " + Y + ")";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(-new Vector2(3, -7));
    }
}

混合类型操作数

其中一个操作数可以是其他类型。提供两种顺序后，用户就可以用任意一种自然方式书写表达式。

using System;

public struct Temperature
{
    public double Celsius;
    public Temperature(double c) { Celsius = c; }

    public static Temperature operator +(Temperature t, double delta)
        => new Temperature(t.Celsius + delta);
    public static Temperature operator +(double delta, Temperature t)
        => new Temperature(t.Celsius + delta);

    public override string ToString() => Celsius + "C";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(new Temperature(20) + 5);
        Console.WriteLine(5 + new Temperature(20));
    }
}

返回新值

算术运算符不应修改其操作数。它们应计算并返回一个新值，使原值保持不变，就像 int 一样。

using System;

public struct Vector2
{
    public int X, Y;
    public Vector2(int x, int y) { X = x; Y = y; }
    public static Vector2 operator +(Vector2 a, Vector2 b)
        => new Vector2(a.X + b.X, a.Y + b.Y);
    public override string ToString() => "(" + X + ", " + Y + ")";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var a = new Vector2(1, 1);
        var b = new Vector2(2, 2);
        var c = a + b;
        Console.WriteLine("a unchanged: " + a);
        Console.WriteLine("result: " + c);
    }
}

链接算术运算

由于每个运算符都返回相同类型，表达式可以自然地链接，并遵循正常的优先级和结合性。

using System;

public struct Vector2
{
    public int X, Y;
    public Vector2(int x, int y) { X = x; Y = y; }
    public static Vector2 operator +(Vector2 a, Vector2 b) => new Vector2(a.X + b.X, a.Y + b.Y);
    public static Vector2 operator *(Vector2 a, int k) => new Vector2(a.X * k, a.Y * k);
    public override string ToString() => "(" + X + ", " + Y + ")";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var result = new Vector2(1, 1) + new Vector2(2, 2) * 3;
        Console.WriteLine(result);
    }
}

类上的运算符

运算符重载同样适用于类，而不仅仅是结构体。请注意 null：类操作数可能为 null，因此需要时应进行保护。

using System;

public class Complex
{
    public double Re, Im;
    public Complex(double re, double im) { Re = re; Im = im; }
    public static Complex operator +(Complex a, Complex b)
        => new Complex(a.Re + b.Re, a.Im + b.Im);
    public override string ToString() => Re + " + " + Im + "i";
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(new Complex(1, 2) + new Complex(3, 4));
    }
}

完整的数值类型

这里有一个支持加法的小型分数类型。它展示了重载如何让领域类型表现得像内置数字一样。

using System;

public struct Fraction
{
    public int Num, Den;
    public Fraction(int num, int den) { Num = num; Den = den; }

    public static Fraction operator +(Fraction a, Fraction b)
        => new Fraction(a.Num * b.Den + b.Num * a.Den, a.Den * b.Den);

    public override string ToString() => Num + "/" + Den;
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(new Fraction(1, 2) + new Fraction(1, 3));
    }
}

亲自尝试

为类似货币的结构体添加加法和标量乘法，然后构建一个读起来像普通算术表达式的表达式。

using System;

public struct Money
{
    public decimal Amount;
    public Money(decimal a) { Amount = a; }
    public static Money operator +(Money a, Money b) => new Money(a.Amount + b.Amount);
    public static Money operator *(Money a, int qty) => new Money(a.Amount * qty);
    public override string ToString() => "$" + Amount;
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var price = new Money(4.50m);
        var total = price * 3 + new Money(2.00m);
        Console.WriteLine(total);
    }
}

快速检查

回顾重载运算符的签名。

回顾

重载算术运算符可以让具有值语义的类型读起来像数学表达式。

  • 使用 public static 和 operator 关键字声明它们。
  • 至少有一个参数必须是包含该方法的类型。
  • 返回新值，绝不要修改操作数。
  • 对于混合类型的算术运算，要提供两种操作数顺序。

常见问题解答

「重载算术运算符」课时是免费的吗？

是的 — 「重载算术运算符」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 C# Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 C# Academy 课程共包含 4 节课。

「重载算术运算符」这节课中我会学到什么？

为自定义类型定义 +、-、*。 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 C# Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 C# Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 C# Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。 这是第 1 节课，共 4 节。

「重载算术运算符」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 C# Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 C# Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

此课程中的所有课时

  1. 重载算术运算符
  2. 重载比较运算符
  3. 用户定义的转换
  4. 运算符重载最佳实践
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