大多數程序員認爲如果他們能這樣寫代碼:
x = x + y; x = x - y;
那他們也能這樣寫:
x += y; x -= y;
但是,如果 x 和 y 是用戶定義的類型,就不能確保這樣。
operator+
、operator=
和operator+=
之間沒有任何關係,因此如果你想讓這三個 operator
同時存在並具有你所期望的關係,就必須自己實現它們。
同理,operator -, *, /, 等等也一樣。
確保 operator
的賦值形式(比如operator+=
)與一個operator
的單獨形式(比如operator+
)之間存在正常的關係,一種好方法是後者根據前者來實現
比如:
class Rational
{
public:
...
Rational& operator+=(const Rational& rhs);
Rational& operator-=(const Rational& rhs);
};
const Rational operator+(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
return Rational(lhs) += rhs;
}
const Rational operator-(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
return Rational(lhs) -= rhs;
}
在這個例子裏,從零開始實現operator+=
和-=
,而operator+
和operator-
則是通過調用前述的函數來提供自己的功能。使用這種設計方法,只用維護operato
r的賦值形式就行了。
如果你不介意把所有的 operator 的單獨形式放在全局域裏,那就可以使用模板來替代單獨形式的函數的編寫:
template<class T>
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs)
{
return T(lhs) += rhs;
}
template<class T>
const T operator-(const T& lhs, const T& rhs)
{
return T(lhs) -= rhs;
}
...
這樣編寫確實不錯,但是到目前爲止,我們還沒有考慮效率問題,在這裏值得指出的是三個效率方面的問題。
1.總的來說operator
的賦值形式比其單獨形式效率更高,因爲單獨形式要返回一個新對象,從而在臨時對象的構造和釋放上有一些開銷。operator
的賦值形式把結果寫到左邊的參數裏,因此不需要生成臨時對象來容納operator
的返回值
2.提供operator
的賦值形式的同時也要提供其標準形式,允許類的客戶端在便利與效率上做出折衷選擇。也就是說,客戶端可以決定是這樣編寫:
Rational a, b, c, d, result;
result = a + b + c + d;// 可能用了 3 個臨時對象
還是這樣編寫:
result = a; //不用臨時對象
result += b; //不用臨時對象
result += c; //不用臨時對象
result += d; //不用臨時對象
前者比較容易編寫、debug 和維護,並且在 80%的時間裏它的性能是可以被接受的。後者具有更高的效率,估計這對於彙編語言程序員來說會更直觀一些。通過提供兩種方案,你可以讓客戶端開發人員用更容易閱讀的單獨形式的operator
來開發和debug
代碼,同時保留用效率更高的 operator
賦值形式替代單獨形式的權力。
3.涉及到operator
單獨形式的實現。再看看operator+
的實現:
template<class T>
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs)
{
return T(lhs) += rhs;
}
表達式 T(lhs)
調用了 T
的拷貝構造函數。它建立一個臨時對象,其值與 lhs
一樣。這個臨時對象用來與 rhs
一起調用 operator+=
,操作的結果被從 operator+
返回。這個代碼好像不用寫得這麼隱密。這樣寫不是更好麼?
template<class T>
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs)
{
T result(lhs); // 拷貝 lhs 到 result 中
return result += rhs; // rhs 與它相加並返回結果
}
這個模板幾乎與前面的程序相同,但是它們之間還是存在重要的差別。第二個模板包含一個命名對象,result
。這個命名對象意味着不能在 operator+
裏使用返回值優化。第一種實現方法總可以使用返回值優化,所以編譯器爲其生成優化代碼的可能就會更大。
return T(lhs) += rhs;
比大多數編譯器希望進行的返回值優化更復雜。上面第一個函數實現也有這樣的臨時對象開銷,就象你爲使用命名對象 result 而耗費的開銷一樣。然而未命名的對象在歷史上比命名對象更容易清除,因此當我們面對在命名對象和臨時對象間進行選擇時,用臨時對象更好一些。它使你耗費的開銷不會比命名的對象還多,特別是使用老編譯器時,它的耗費會更少。
總結
operator
的賦值形式(operator+=
)比單獨形式(operator+
)效率更高。
做爲一個庫程序設計者,應該兩者都提供,做爲一個應用程序的開發者,在優先考慮性能時你應該考慮考慮用 operator
賦值形式代替單獨形式。