関数オーバーロードと演算子オーバーロード¶

一言で言うと¶

関数オーバーロード: 同名の関数を引数の型・数違いで複数定義し、コンパイル時に引数から選ばせる仕組み
演算子オーバーロード: + == [] などの演算子を自作型に定義する仕組み。数学的な型(ベクトル、行列)を自然に書くための道具

どちらも「呼ばれる関数がコンパイル時に決まる」点で、実行時に決まる仮想関数と対照的です(アドホック多態 → ポリモーフィズム)。

関数オーバーロード¶

// C++20
void Spawn(EnemyId id);                    // IDで
void Spawn(EnemyId id, Vec2 pos);          // 位置指定で
void Spawn(const EnemyDesc& desc);         // 詳細指定で
// 呼び出し: Spawn(id) — 引数の型から最適な候補をコンパイラが選ぶ(オーバーロード解決)

落とし穴: 暗黙変換との相互作用¶

void Play(int soundId);
void Play(float volume);
Play(0.5);        // doubleリテラル → intにもfloatにも変換可能 → 曖昧エラー(まだ良い)
Play('a');        // charはintに昇格 → Play(int)が呼ばれる(意図か?)

オーバーロード解決の規則は複雑(完全一致 > 昇格 > 変換)で、「似た型の引数を持つオーバーロード」は事故の温床。意味が違うなら名前を分ける(PlayById/PlayWithVolume)か、強い型(struct SoundId { int v; };)を使う方が安全です。

演算子オーバーロード¶

// C++20 — ゲーム数学の定番
struct Vec2 {
    float x = 0, y = 0;

    Vec2 operator+(const Vec2& o) const { return {x + o.x, y + o.y}; }
    Vec2 operator*(float s) const { return {x * s, y * s}; }
    Vec2& operator+=(const Vec2& o) { x += o.x; y += o.y; return *this; }
    bool operator==(const Vec2& o) const = default;   // C++20: 比較の自動生成
};
Vec2 operator*(float s, const Vec2& v) { return v * s; }   // 2.0f * v も書けるように(非メンバ)

// 使用: pos += velocity * dt;  ← 演算子なしだと pos = Add(pos, Mul(velocity, dt));

検証済みサンプル: samples/operator_overload.cpp

C++20の進歩: `<=>` と `= default`¶

struct Version {
    int major = 0, minor = 0;
    auto operator<=>(const Version&) const = default;   // ==, <, >, <=, >= が全部手に入る
};

設計ルール(乱用防止)¶

意味が数学的に自明な場合だけ使う(+が加算以外の意味なら関数名で書く)。Player + Item のような「クリエイティブな」演算子は読み手への攻撃
== を定義するなら一貫した同値関係に(!=はC++20なら自動導出)
算術演算子は値を返し、複合代入(+=)は参照を返す、という慣習に従う
変換演算子(operator bool等)は explicit を付ける(暗黙変換事故の防止)

メモリ・コンパイル上で起きること¶

オーバーロードされた関数はそれぞれ別の関数としてコンパイルされ、名前修飾(mangling)で区別される(Spawn(int) と Spawn(float) は別シンボル)。C言語にオーバーロードがないのはこの仕組みがないため
演算子も普通の関数呼び出しにコンパイルされる(a + b は a.operator+(b))。小さい演算子はインライン化され、手書きのAdd関数と機械語は同じ——「演算子は遅い」は誤解

C#との違い¶

C#にもオーバーロードと演算子オーバーロード(public static Vector2 operator+)があり、概念は同じ
違い: C#の演算子は必ずstatic、C++はメンバ/非メンバを選べる。C++は[] () -> *など多くの演算子を定義できる(スマートポインタは->のオーバーロードでできている)
C++にはユーザー定義リテラル(10_secのような接尾辞)まである(使いすぎ注意)

Unity開発者が誤解しやすい点¶

UnityのVector3の + * を「エンジンの特別機能」と思っている——ただの演算子オーバーロードで、C++でも自作できる(しかもインライン化でコスト0)
== の罠: UnityEngine.Objectの == は「破棄済みならnull扱い」という特殊オーバーロード。C++で自作型の == を書くときも「何をもって等しいか」は設計判断(参照同一性か値の等価か)
オーバーロード解決は静的(変数の宣言型で決まる)。実行時の型では選ばれない(それは仮想関数の仕事)——Base& b = derived; f(b); は f(Base&) を呼ぶ

ゲーム開発での使用例¶

数学型(Vec2/3/4, Quat, Matrix, Color): 演算子の主戦場
単位の強い型: Seconds operator""_s(long double) 等でミリ秒/秒の取り違えをコンパイルエラーに
operator[]: グリッドやインベントリのインデックスアクセス
関数オブジェクトの operator(): ラムダの裏側

使う場面 / 使わない場面¶

使う: 数学的な型、コンテナ的な型、比較(C++20の=defaultで無料)
使わない: 意味が自明でない演算(<<をログ以外に使う等)、副作用の大きい処理を演算子に隠す、暗黙変換演算子(explicitなしのoperator T)

よくある誤解¶

「オーバーロードとオーバーライドは似たもの」— 別物。オーバーロード=同名別引数(コンパイル時)、オーバーライド=仮想関数の上書き(実行時)
「演算子オーバーロードは遅い」— インライン化されれば手書き関数と同一

理解度チェック¶

オーバーロードとオーバーライドの決定タイミングの違いは?
「似た型の引数のオーバーロード」が危険な理由は?
Vec2の+を演算子にする正当性と、Player + Itemが駄目な理由を、同じ基準で説明してください。

演習¶

samples/operator_overload.cpp のVec2に operator-、Dot(内積)を追加してください。内積を operator* にすべきか関数にすべきか、スカラー倍との衝突の観点から判断を書いてください。

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