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bigdecimal比较是否相等_C++20 新特性(16):三路比较运算符()一统浆糊

c++ bigdecimal

C++ 语言的比较操作符有很多,包括: == 、 != 、 > 、 >= 、 < 、 <= 等,如果要实现对象的大小比较功能,需要实现这些函数,比较繁琐,而且如果实现不好,这些函数之间出现不一致,也容易引起问题,因此在 C++20 中,新增一个三路比较运算符来统一这些比较运算,简化实现,同时也对原有的运算操作符进行细化约定,解决一些歧义的问题。

C++20 新特性(16):三路比较运算符(<=>)一统浆糊

比较运算符设计思路

为了解决这些问题,需要设计新的比较运算符,以及优化已有的比较运算符设计,需要先统一设计思路:

  • 一致性:类似的东西应该尽量一致,而不同的东西则应该提高区分度,包括命名方式、行为、能力等。
  • 正交性:先从不同的角度分别进行分类,然后再看每种分类下面有哪些情况
  • 通用性:避免对使用方式进行限制,避免特殊情况和局部特性,保持比较操作的通用性。

通过这些设计思路,可以使整个比较操作的设计更易于理解和使用,其实其他一些设计都可以参考使用这些设计思路。

C++20 新增的三路比较运算符

C++20 中新增一个三路比较运算符:<=>,通过实现这一个三路比较运算符的操作,就可以取代原来的六个比较运算符,这个三路比较运算符的原型为:

auto X::operator<=> ( const Y & ) ;

由于不同的对象有不同的比较能力,按照正交性划分成下面几个角度来分析:

  • 是否只可以比较相等,还是还能比较大小。
  • 可以比较大小的时候,是否所有的值都能比较大小,例如浮点数有个值NaN,和其他浮点数无法比较大小。
  • 是否 a == b 意味着 f(a) == f(b) ,即可替代性,如果成立,就是强相等,否则就是弱相等,其他比较操作类似。

根据这几个角度的组合,三路比较运算符可以返回5种类型,每种类型可以通过两到四个值表示具体的比较结果:

  • std::weak_equality,弱相等,取值:equivalent nonequivalent
  • std::strong_equality,强相等,取值:equal nonequal
  • std::weak_ordering,弱有序,取值:less equivalent greater
  • std::partial_ordering,部分有序,取值:less equivalent greater unordered
  • std::strong_ordering,强有序,取值:less equal greater

(更正:上面最初的想法很理想化,实现时发现使用 <=> 运算符实现 != 运算往往效率很低,因此决定还是将 == 和 != 运算单独出来实现,因此废弃了 std::weak_equality 和 std::strong_equality ,具体后面描述。)

以一个不区分大小写的字符串对象为例,如果要同时支持对象之间,以及对象和 char * 之间的比较,原来需要实现 18 个函数:

class CaseInsensitiveString{private:    std::string m_str;public:    friend bool operator == ( const CaseInsensitiveString& a, const CaseInsensitiveString& b )        { return case_insensitive_compare(a.m_str.c_str(), b.m_str.c_str()) == 0; }    friend bool operator < ( const CaseInsensitiveString& a, const CaseInsensitiveString& b )        { return case_insensitive_compare(a.m_str.c_str(), b.m_str.c_str()) < 0; }    friend bool operator != (const CaseInsensitiveString& a, const CaseInsensitiveString& b)        { return ! ( a == b ); }    .... // 其他14个函数省略    friend bool operator >= ( const char * a, const CaseInsensitiveString & b )         { return ! ( a < b ); }};

现在采用 C++20 的三路比较运算符,只需要实现两个函数即可:

class CaseInsensitiveString{private:    std::string m_str;public:    std::weak_ordering operator <=> ( const CaseInsensitiveString& b ) const        { return case_insensitive_compare( m_str.c_str(), b.m_str.c_str() ); }    std::weak_ordering operator <=> ( const char * b ) const        { return case_insensitive_compare( m_str.c_str(), b ); }};

(更正:上面最初的想法很理想化,实现时发现使用 <=> 运算符实现 != 运算往往效率很低,因此决定还是将 == 和 != 运算单独出来实现,这里除了这两个函数外,还需要实现两个 operator == 函数,具体后面描述。)

三路比较运算符的缺省实现(= default)

为了进一步简化比较运算符的实现方式,定义了缺省实现,使用时只需要简单写成:

std::strong_ordering operator <=> ( const MyClass & ) const = default;

这里的 std::strong_ordering 只是示例,也可以选择其他类型之一,如果是 auto 类型,则通过 std::common_comparison_category_t< Ms ... > 模板来推导,其中 Ms ... 表示基类和各个成员变量的类型的列表。

缺省实现会先比较基类,然后依次比较各个非静态成员变量,如果不相等,就直接返回结果,如果相等,就继续依次比较。

三路比较运算符的副作用

新增三路运算符(<=>)之后,可能会对原有代码产生影响,因为三路运算符可以拆解成<=运算符和>符号,后者可以是一个模板的结束,因此如果模板里面刚好有<=运算符,可能就会解析出错:

struct X { };bool operator <= ( X a1, X a2 ) { ... }template< bool( X, X ) > struct Y { ... };Y a1;   // C++17正确,C++20错误,优先解析成 <=> 三路比较运算符Y<  &operator<=  > a2;  // C++17和C++20都正确,模板尖括号内侧加上空格,就能避免解析歧义

不过这种代码实际开发中一般很少会碰到,应该影响不大。但从另一个角度来看,编写代码时,多个符号之间最好写一些空格来隔开,一方面是代码更容易阅读,另一方面也防止将来某天多个符号连接在一起时有新的语义。

【往期回顾】

C++20 新特性(15):协程(Coroutines )

C++20 新特性(14):lambda初始化捕捉支持参数包

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