C++20的三路比较运算符()如何使用?

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C++20 三路比较运算符()可统一定义比较逻辑并自动生成六个关系运算符;默认实现用 = default,手动实现推荐 std::tie 逐字段比较;需注意语义一致性、指针安全及模板约束。

C++20 的三路比较运算符()如何使用?

三路比较运算符(,又称“太空船运算符”)是 C++20 引入的核心特性,用于统一、简洁地定义类型的比较逻辑。它让编译器能自动合成 ==!=>>= 六个关系运算符,大幅减少样板代码。

声明和默认实现

只需在类中声明一个 operator 成员函数(或非成员函数),并返回标准比较类别类型(如 std::strong_ordering),编译器就能自动生成其余比较操作:

  • 返回 std::strong_ordering:要求值完全可比较且无等价但不相等的情况(适合普通聚合类型)
  • 返回 std::weak_ordering:允许等价(a b == 0)但 a != b(如忽略大小写的字符串)
  • 返回 std::partial_ordering:支持 NaN 等不可比较值(如浮点数)

最常用的是 std::strong_ordering。启用默认行为只需写:
auto operator(const MyClass&) const = default;
前提是所有成员都支持三路比较且可默认构造 / 复制。

手动实现常见模式

当需要自定义逻辑(比如按优先级比较多个字段),推荐用 std::tiestd::tuple 逐字段比较:

  • 使用 std::tie(a, b, c) std::tie(other.a, other.b, other.c) —— 简洁、高效、语义清晰
  • 字段类型不支持 ?需先确保它们已定义或为内置类型(int、string 等均已支持)
  • 避免手写嵌套 if 判断:易出错且难以维护,std::tie 自动按左到右顺序短路比较

例如:

auto operator<=>(const Person& p) const {
return std::tie(age, name) <=> std::tie(p.age, p.name);
}

与相等运算符的关系

C++20 中,若只定义了 operator,编译器会自动生成 operator==(基于 返回是否为 0),但该默认 == 是“一致的相等”,不是“强相等”。如果类型语义上需要更精确的相等判断(比如忽略空格或默认值),应显式定义 operator==,此时编译器将不再合成它。

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  • 显式定义 operator== → 优先使用它, 不影响 ==
  • 只定义 operator → 自动生成 == 和全部关系运算符
  • 两者都不定义 → 无比较能力(除非基类提供)

注意事项和限制

三路比较不是万能的:

  • 不能重载为非成员函数同时参与 ADL(除非在类内部声明为 friend)
  • 若类有指针或自定义资源,= default 可能不安全,需手动实现
  • 模板类中使用 = default 要求所有模板参数满足三路比较约束
  • 继承体系中,基类未定义 时,派生类无法靠 = default 自动比较基类部分

调试时可直接输出 obj1 obj2 的结果:它是枚举值(std::strong_ordering::less::equal::greater),可直接用于 switch 或条件判断。

星耀云
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