在現代C++中重載算術運算符的「最佳」方法是什麼？

Question

我想在C++中實現一種類似「數字」的數學對象（比如說一個組或一個環中的元素）。我確信我並不是唯一一個處理這個問題的人，所以可能會有大量關於算術運算符重載的「最佳」方式的討論。但是，我找不到滿意的答案（儘管也許我懶得搜索更多）。

比方說，我想重載運算符「+」一類A. 的問題是，有太多不同的重載我能想到的：

1. 運營商+（const的一個& X，常量甲& Y）
2. 操作者+（常量甲& X，A & & Y）
3. 操作者+（A & & X，常量甲& Y）
4. 操作者+（A & & X，A & & Y）
5. A ::操作者+ =（const的甲& y）的&
6. A ::操作者+ =（const的甲& y）的& &
7. 甲::運算+ =（A & & y）的&
8. A ::操作者+ =（A & & y）的& &

第一個問題。對於A的實例操作所需的所有重載是否儘可能高效，如同「像原始類型一樣」？我認爲對於「普通」情況，右值限定的A :: operator + =不需要（或不應該）被重載。這樣對嗎？我認爲1-4的全部都是必要的。例如，對於案例3，由於x正在移動，我們不需要分配新空間來保存返回值，並且我們可以安全地重新使用爲x保留的分配存儲區。這樣對嗎？

第二個問題。我認爲所有這些重載可能會爲大多數此類情況分享很多代碼。我怎樣才能在不犧牲性能/等的情況下最小化代碼重複？有沒有特殊的技巧/成語來做到這一點？ 如果存在，我更喜歡一般的和可擴展的方法。

Answer 1

由於選擇「最佳」方式將涉及對操作細節的升值，因此無法給出最一般的答案。

例如最常見的模式（我在下面給出）對矩陣乘法來說不太好，因爲在這種情況下，最簡單的方法是聲明第三個從零開始並讀取兩個參數的矩陣。在這種情況下，您也可能想要使用懶惰評估。

我會建議您確保您的代碼爲所有情況提供了正確答案，並且稍後您的程序可以工作並且您有更多的語言使用經驗時，您可以擔心微優化問題。

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對於一類，其中實現+最有效的方法是修改的參數之一，那麼以下兩種情況下涵蓋所有用途，具有較強的異常保證：

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

更多有關上述代碼的作用和原因的說明，請參閱operator overloading megathread。

在C++ 03中，使用A const& x代替A x沒有多大區別，但在C++ 11中，這對於第一個參數是右值的情況稍微更優化，因爲資源現在可以從第一個參數中被盜。

關於在operator+=上使用ref-qualifiers的決定。 &和&&單獨超載沒有好處。如果你看過使用&的人，理由不是也超載，而是爲在右值上使用+=的嘗試給出編譯錯誤;理由是這可能是一個錯誤。