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消除运算符重载中的临时变量

c++11 operator-overloading c++

Matthieu M. · 技术社区 · 15 年前

注: 正如sellibitze所指出的,我对右值的引用不是最新的,因此我建议的方法包含错误,请阅读他的anwser以了解其中的错误。

Linus' rant 昨天,有人(某处)怒斥操作员超载。

抱怨似乎是如果你有一个类型的对象 S 然后:

S a = b + c + d + e;

可能涉及很多临时人员。

在C++ 03中,我们有复制删除以防止:

S a = ((b + c) + d) + e;

我希望最后 ... + e 是优化的,但我想知道有多少临时创建了用户定义的 operator+

Move .

所以我在想我们应该写的重载操作符集不是为了消除临时操作符,而是为了限制它们的构建成本(窃取资源)。

S&& operator+(S&& lhs, S const& rhs) { return lhs += rhs; }
S&& operator+(S const& lhs, S&& rhs) { return rhs += lhs; } // *
S&& operator+(S&& lhs, S&& rhs) { return lhs += rhs; }

*:此实现假定可交换性,但不适用于臭名昭著的 string .

1 回复 | 直到 6 年前

sellibitze 15 年前

如果您考虑的是一个自定义的、支持移动的字符串类,那么利用参数值类别的每个组合的正确方法是:

S operator+(S const& lhs, S const& rhs);
S operator+(S     && lhs, S const& rhs);
S operator+(S const& lhs, S     && rhs);
S operator+(S     && lhs, S     && rhs);

pr值 而不是 X值 . 返回 X值通常是非常危险的事情–std::move和std::forward是明显的例外。如果要返回一个rvalue引用,则需要按如下方式分解代码:

for (char c : my_string + other_string) {
   //...
}

此循环的行为(根据N3092中的6.5.4/1)就像代码是:

auto&& range = my_string + other_string;

这反过来又会导致一个悬空引用。临时对象的生存期不会延长,因为操作符+不返回 pr值 . 按值返回对象非常好。它将创建临时对象,但这些对象是r值,因此我们可以窃取它们的资源以使其非常有效。

其次,您的代码也不应该编译,原因与它不编译的原因相同:

int&& foo(int&& x) { return x; }

函数体内部是左值,不能用左值表达式初始化“return value”(在本例中是rvalue引用)。所以,你需要一个明确的演员阵容。

第三,缺少const&+const&重载。如果两个参数都是左值,编译器将无法在您的情况下找到可用的运算符+。

如果不希望有这么多重载,还可以编写:

S operator+(S value, S const& x)
{
   value += x;
   return value;
}

我故意不写 return value+=x; 价值观。

S x = a + b + c + d;

至少这种情况非常有效,因为即使编译器无法删除副本,也不会涉及不必要的复制—这要感谢支持移动的字符串类。实际上,使用一个类类似STD::string,可以利用它的快速交换成员函数,并使它在C++ 03中有效,同时也提供了一个合理的智能编译器(如GCC):

S operator+(S value, S const& x) // pass-by-value to exploit copy elisions
{
   S result;
   result.swap(value);
   result += x;
   return result; // NRVO applicable
}

见大卫亚伯拉罕的文章 Want Speed? Pass by Value 但这些简单的运算符在以下情况下不会那么有效:

S x = a + (b + (c + d));

在这里,运算符的左侧始终是左值。由于运算符+按值取其左侧,因此会产生许多副本。上面的四个重载也完美地处理了这个示例。

可以在C++ 03中有效地连接多个字符串:

S result = a;
result += b;
result += c;
result += d;

我实际上查看了Git源代码及其字符串管理(strbuf.h)。它看起来经过深思熟虑。除了detach/attach特性之外,使用支持移动的std::string也可以得到同样的效果,它的明显优点是它自动管理的资源由类本身来管理,而不是需要记住在正确的时间调用正确函数的用户(strbuf_init,strbuf_release)。