C++中用赋值形式op=取代单独形式op

2019-11-17 05:47:46

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供稿：网友

　　大多数程序员认为假如他们能这样写代码：

　　x = x + y; x = x - y;

　　那他们也能这样写：

　　x += y; x -= y;

　　假如x和y是用户定义的类型（user-defined type），就不能确保这样。就C++来说，Operator+、operator=和operator+=之间没有任何关系，因此假如你想让这三个operator同时存在并具有你所期望的关系，就必须自己实现它们。同理，operator -, *, /, 等等也一样。

　　确保operator的赋值形式（assignment version）（例如operator+=）与一个operator的单独形式（stand-alone）(例如 operator+ )之间存在正常的关系，一种好方法是后者（指operator+ 译者注）根据前者（指operator+= 译者注）来实现（参见条款6）。这很轻易：

class Rational {
　public:
　　...
　　Rational& operator+=(const Rational& rhs);
　　Rational& operator-=(const Rational& rhs);
};

// operator+ 根据operator+=实现;
//有关为什么返回值是const的解释，
//参见Effective C++条款21 和 109页的有关实现的警告

const Rational operator+(const Rational& lhs,const Rational& rhs)
{
　return Rational(lhs) += rhs;
}

// operator- 根据 operator -= 来实现

const Rational operator-(const Rational& lhs,const Rational& rhs)
{
　return Rational(lhs) -= rhs;
}
　　在这个例子里，从零开始实现operator+=和-=，而operator+ 和operator- 则是通过调用前述的函数来提供自己的功能。使用这种设计方法，只用维护operator的赋值形式就行了。而且假如假设operator赋值形式在类的public接口里，这就不用让operator的单独形式成为类的友元（参见Effective C++ 条款19）。

　　假如你不介意把所有的operator的单独形式放在全局域里，那就可以使用模板来替代单独形式的函数的编写：

template<class T>
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs)
{
　return T(lhs) += rhs; // 参见下面的讨论
}

template<class T>
const T operator-(const T& lhs, const T& rhs)
{
　return T(lhs) -= rhs; // 参见下面的讨论
}
...
　　使用这些模板，只要为operator赋值形式定义某种类型，一旦需要，其对应的operator单独形式就会被自动生成。

　　这样编写确实不错，但是到目前为止，我们还没有考虑效率问题，效率究竟是本章的主题。在这里值得指出的是三个效率方面的问题。第一、总的来说operator的赋值形式比其单独形式效率更高，因为单独形式要返回一个新对象，从而在临时对象的构造和释放上有一些开销。operator的赋值形式把结果写到左边的参数里，因此不需要生成临时对象来容纳operator的返回值。

　　第二、提供operator的赋值形式的同时也要提供其标准形式，答应类的客户端在便利与效率上做出折衷选择。也就是说，客户端可以决定是这样编写：

Rational a, b, c, d, result;
...
result = a + b + c + d; // 可能用了3个临时对象
// 每个operator+ 调用使用1个
　　还是这样编写：

result = a; //不用临时对象
result += b; // 不用临时对象
result += c; //不用临时对象
result += d; //不用临时对象
　　前者比较轻易编写、debug和维护，并且在80％的时间里它的性能是可以被接受的（参见条款16）。后者具有更高的效率，估计这对于汇编语言程序员来说会更直观一些。通过提供两种方案，你可以让客户端开发人员用更轻易阅读的单独形式的operator来开发和debug代码，同时保留用效率更高的operator赋值形式替代单独形式的权力。而且根据operator的赋值形式实现其单独形式，这样你能确保当客户端从一种形式切换到另一种形式时，操作的语义可以保持不变。

　　最后一点，涉及到operator单独形式的实现。再看看operator+ 的实现：

template<class T>
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs)
{ return T(lhs) += rhs; }
　　表达式T(lhs)调用了T的拷贝构造函数。它建立一个临时对象，其值与lhs一样。这个临时对象用来与rhs一起调用operator+= ，操作的结果被从operator+.返回。这个代码似乎不用写得这么隐密。这样写不是更好么？

template<class T>
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs)
{
　T result(lhs); // 拷贝lhs 到 result中
　return result += rhs; // rhs与它相加并返回结果
}
　　这个模板几乎与前面的程序相同，但是它们之间还是存在重要的差别。第二个模板包含一个命名对象，result。这个命名对象意味着不能在operator+ 里使用返回值优化（参见条款20）。第一种实现方法总可以使用返回值优化，所以编译器为其生成优化代码的可能就会更大。

　　广告中的事实迫使我指出表达式：

return T(lhs) += rhs;
　　比大多数编译器希望进行的返回值优化更复杂。上面第一个函数实现也有这样的临时对象开销，就象你为使用命名对象result而耗费的开销一样。然而未命名的对象在历史上比命名对象更轻易清除，因此当我们面对在命名对象和临时对象间进行选择时，用临时对象更好一些。它使你耗费的开销不会比命名的对象还多，非凡是使用老编译器时，它的耗费会更少。

　　这里谈论的命名对象、未命名对象和编译优化是很有趣的，但是主要的一点是operator的赋值形式（operator+=）比单独形式(operator+)效率更高。做为一个库程序设计者，应该两者都提供，做为一个应用程序的开发者，在优先考虑性能时你应该考虑考虑用operator赋值形式代替单独形式。

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