c++ - 使用 lambda 函数定义运算符

Question

考虑这个例子:

struct A {
    int val;
    A(int val) : val(val){};

    A operator+(const A& a1) {
        return (+[](const A& a1, const A& a2) -> A {
            return A(a1.val + a2.val);
        })(*this, a1);
    };
};

int main(int argc, char* argv[]) {
    A a(14);
    A b(12);
    auto c = a + b;

    return 0;
}

我有两个问题:

1. 在这种情况下，编译器是否会优化 lambda 的使用(它只是包装到 operator+ 中，还是会有任何开销？
2. 是否有更简单的语法来使用 lambda 函数编写运算符？

Answer 1

您的代码的某些部分似乎毫无意义。我将逐一检查它们并将它们一一剥离。

A operator+(const A& a1) {
    return (+[](const A& a1, const A& a2) -> A {
        return A(a1.val + a2.val);
    })(*this, a1);
};

首先，+[]简单地将它不必要地衰减为函数指针。除了可能混淆优化器之外，这在这里没有任何用处。我们也可以去掉 ()小号:

A operator+(const A& a1) {
    return [](const A& a1, const A& a2) -> A {
        return A(a1.val + a2.val);
    }(*this, a1);
};

现在，->A部分是噪声，因为它可以推断返回类型:

A operator+(const A& a1) {
    return [](const A& a1, const A& a2) {
        return A(a1.val + a2.val);
    }(*this, a1);
};

接下来为什么要用成员(member)operator+ ？ +是对称的，并且通过使用 Koenig 式运算符，这变得更加明显:

friend A operator+(const A& a1, const A& a2) {
    return [](const A& a1, const A& a2) {
        return A(a1.val + a2.val);
    }(a1, a2);
};

这消除了您引入的编号困惑(其中一个范围内的 a1 在另一个范围内是 a2，并且引入了一个名为 a1 的新变量，它引用 *this)。

最后，lambda 此时什么都不做:

friend A operator+(const A& a1, const A& a2) {
  return A(a1.val + a2.val);
};

删除它会使代码更清晰。

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现在谈谈你的问题。

当您完成这些简化步骤时，编译器更有可能优化 lambda。我怀疑你做的最糟糕的事情是一元 + ，它将 lambda 转换为函数指针:我知道 gcc 擅长内联函数指针，最后我检查了 MSVC 不擅长它。但是，每个编译器都擅长内联对无状态 lambda 的调用。

在调用点，被调用的方法对于类型系统的编译器来说是众所周知的，因此不必分析函数指针的提供。数据被复制到参数然后使用，通常在一个小函数中。这很容易内联。

即使您有适度的捕获要求，只要您不键入删除或复制 lambda，您就会有一堆局部引用或 lambda 主体中使用的局部变量的拷贝。易于内联。

现在，我回答的第一部分中的每个简化步骤都会使代码更简单，直到最后，当 lambda 消失并且唯一要“优化”的是一个简单的 RVO(你必须用编译器标志抑制它以防止它发生)，也就是省略临时 A在return声明。

如果您的 A有一个来自 .val+.val 的结果的隐式构造函数，你甚至不需要 A在return声明。

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没有一种简单的方法可以根据 lambda 表达式编写运算符。您需要将所说的 lambda 存储在某个地方，然后粘贴 operator+ (或其他)，这两个步骤将需要更多的代码，而不仅仅是将主体直接注入(inject) operator+ .

我可以做一些花哨的 decltype 和宏废话让你绑定(bind)一个全局 lambda 成为给定 operator+ 的主体对于某些类(使用 CRTP 和特征类)，但称其为“更简单”有点牵强。

它会让你做类似的事情:

const auto print_via_to_string = [](std::ostream& os, auto&& val){
  using std::to_string;
  os << to_string(decltype(val)(val));
};

struct Foo { /* ... */ };

BIND_OPERATOR( <<, std::ostream&, Foo const&, print_via_to_string );

或类似的东西，甚至期待 <<内联。

同样，考虑到这种“更简单”是一种延伸。