c++ - 是否有任何理由使用右值引用来重载运算符？

Question

有模板化的 vector 类(它是关于数学的，而不是容器)。我需要重载常见的数学运算。像这样重载有什么意义吗:

template <typename T, size_t D>
Vector<T, D> operator+(const Vector<T, D>& left, const Vector<T, D>& right)
{
    std::cout << "operator+(&, &)" << std::endl;
    Vector<T, D> result;

    for (size_t i = 0; i < D; ++i)
        result.data[i] = left.data[i] + right.data[i];

    return result;
}

template <typename T, size_t D>
Vector<T, D>&& operator+(const Vector<T, D>& left, Vector<T, D>&& right)
{
    std::cout << "operator+(&, &&)" << std::endl;
    for (size_t i = 0; i < D; ++i)
        right.data[i] += left.data[i];

    return std::move(right);
}

template <typename T, size_t D>
Vector<T, D>&& operator+(Vector<T, D>&& left, const Vector<T, D>& right)
{
    std::cout << "operator+(&&, &)" << std::endl;
    for (size_t i = 0; i < D; ++i)
        left.data[i] += right.data[i];

    return std::move(left);
}

这个测试代码工作得很好:

auto v1 = math::Vector<int, 10>(1);
auto v2 = math::Vector<int, 10>(7);
auto v3 = v1 + v2;

printVector(v3);

auto v4 = v3 + math::Vector<int, 10>(2);

printVector(v4);

auto v5 = math::Vector<int, 10>(5) + v4;

printVector(v5);

//      ambiguous overload
//      auto v6 = math::Vector<int, 10>(100) + math::Vector<int, 10>(99);

并打印这个:

operator+(&, &)
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 
operator+(&, &&)
10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 
operator+(&&, &)
15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,

两个右值引用有问题，但我认为这无关紧要。

我为什么要这样做？由于性能原因，理论上它会在不创建新对象的情况下工作得更快一点，但是会吗？也许编译器使用 operator +(const Vector& left, const Vector& right) 优化简单代码，没有任何理由重载右值？

Answer 1

这取决于您对 Vector 的实现:

• 如果类的移动速度比复制速度快，则为移动提供额外的重载可能会提高性能。
• 否则，提供重载应该不会更快。

在评论中，您提到了 Vector看起来像这样:

template <typename T, size_t D>
class Vector
{
   T data[D];
   // ...
};

根据您的代码，我还假设 T是一种简单的算术类型(例如 float 、 int )，其中复制与移动一样快。在这种情况下，您无法为 Vector<float, D> 实现移动操作。这将比复制操作更快。

为了使移动操作比复制更快，您可以更改 Vector 的表示类(class)。您可以存储指向数据的指针，而不是存储 C 数组，如果大小为 D，这将允许更有效的移动操作。很大。

打个比方，您当前的 Vector实现就像一个 std::array<T, D> (它内部包含一个 c 数组，需要复制)，但您可以切换到 std::vector<T> (保存指向堆的指针并且易于移动)。 D 值越大变得越有吸引力，应该从 std::array 切换至 std::vector .

让我们仔细看看为移动操作提供重载时的差异。

改进:就地更新

重载的优点是您可以使用就地更新来避免必须为结果创建拷贝，就像您在 operator+(&,&) 中必须做的那样。实现:

template <typename T, size_t D>
Vector<T, D> operator+(const Vector<T, D>& left, const Vector<T, D>& right)
{
    std::cout << "operator+(&, &)" << std::endl;
    Vector<T, D> result;

    for (size_t i = 0; i < D; ++i)
        result.data[i] = left.data[i] + right.data[i];

    return result;
}

在您的重载版本中，您可以就地更新:

template <typename T, size_t D>
Vector<T, D>&& operator+(const Vector<T, D>& left, Vector<T, D>&& right)
{
    std::cout << "operator+(&, &&)" << std::endl;
    for (size_t i = 0; i < D; ++i)
        right.data[i] += left.data[i];

    return std::move(right);
}

但是，当您使用当前的 Vector 实现时，移动结果将产生一个拷贝。 ，而在非重载版本中，编译器可以使用 return-value optimization 摆脱它.如果您使用 std::vector和表示一样，移动很快，所以就地更新版本应该比原始版本更快(operator+(&,&))。

编译器能否自动进行就地更新优化？

编译器极不可能在没有帮助的情况下完成它。

在非重载版本中，编译器看到两个数组，它们是常量引用。它很可能能够执行返回值优化，但要知道它可以重用现有对象之一，需要编译器此时不具备的大量额外知识。

总结

如果Vector，从纯粹的性能角度来看，为右值提供重载是合理的移动比复制更快。如果移动速度不快，那么提供过载就没有好处。