c++11 - 在现代 C++ 中重载算术运算符的 "best"方法是什么？

Question

我想在 C++ 中实现一种“类似数字”的数学对象(例如，组或环中的元素)。我确信我不是唯一一个处理这个问题的人，所以可能会有大量关于什么是重载算术运算符的“最佳”方式的讨论。但是，我找不到满意的答案(虽然可能是我懒得用谷歌搜索更多)。

假设我想为 A 类重载运算符“+”。
问题是，我能想到太多不同的重载:

运算符+(const A& x, const A& y)

运算符+(const A& x, A&& y)

运算符+(A&& x, const A& y)

运算符+(A&& x, A&& y)

A::operator+=(const A& y) &

A::operator+=(const A& y) &&

A::operator+=(A&& y) &

A::operator+=(A&& y) &&

第一个问题。是否所有这些重载都需要使对 A 实例的操作尽可能高效，并且尽可能地“像原始类型一样”？我认为对于“普通”情况，右值限定的 A::operator+= 不需要(或不应该)被重载。这样对吗？我认为1-4个都是必要的。例如，对于情况 3，由于 x 正在 move ，因此我们不需要分配新的空间来保存返回值，我们可以安全地重用为 x 保留的分配存储。这样对吗？

第二个问题。我认为对于大多数这种情况，所有这些重载可能会共享很多代码。如何在不牺牲性能/等的情况下最大限度地减少代码重复？是否有任何特殊的技术/习语可以做到这一点？
如果存在，我更喜欢通用和可扩展的方法。

Answer 1

不可能给出最笼统的答案，因为选择“最佳”方式将涉及对操作细节的了解。

例如，最常见的模式(我在下面给出)对于矩阵乘法并不是那么好，因为在这种情况下，最简单的方法是声明从零开始并读取两个参数的第三个矩阵。此外，您可能希望使用惰性求值，在这种情况下，这些都不适用。

我建议确保您的代码在所有情况下都能给出正确的答案，并且一旦您的程序运行并且在该语言方面拥有更多经验，您就可以担心微优化。

对于类里最有效的实现方式+是修改其中一个参数，则以下两种情况涵盖所有用途，并具有强异常保证:

A& A::operator+=(A const &y) { /* modify *this using y */ ; return *this; }
A operator+ ( A x, A const& y ) { x += y; return x; }

有关上述代码的作用和原因的更多解释，请参阅 operator overloading megathread .

在 C++03 中，使用 A const& x 没有太大区别。而不是 A x ，但在 C++11 中，这对于第一个参数是右值的情况稍微更优化，因为现在可以从第一个参数中窃取资源。

关于在 operator+= 上使用引用限定符的决定.为 & 单独重载没有任何好处和 && .如果您看到有人使用 & ，其基本原理不是也重载，而是为尝试使用 += 提供编译错误在右值上；理由是这很可能是一个错误。