C++11 用户自定义字面量

【1】为什么引入用户自定义字面量？

在C/C++程序中，常常会使用结构体或者类来创造新的类型，以满足实际的需求。

比如，在进行科学计算时，用户可能需要用到复数（通常会包含实部和虚部两部分）。

对于颜色，用户通常会需要一个四元组（三原色及Alpha）。

对于奥运会组委会，他们则常常会需要七元组（标示来自七大洲的状况）等等。

而当用户想声明一个自定义类型的“字面量”（literal）时，尤其显得麻烦。如下示例：

 1 #include 
 2 using namespace std;
 3 
 4 typedef unsigned char uint8;
 5 
 6 struct RGBA
 7 {
 8     uint8 r;
 9     uint8 g;
10     uint8 b;
11     uint8 a;
12     RGBA(uint8 R, uint8 G, uint8 B, uint8 A = 0)
13         : r(R), g(G), b(B), a(A)
14     {}
15 };
16 
17 ostream & operator<<(ostream& out, RGBA& col)
18 {
19     return out << "r: " << (int)col.r
20         << ", g: " << (int)col.g
21         << ", b: " << (int)col.b
22         << ", a: " << (int)col.a << endl;
23 }
24 
25 void blend(RGBA& col1, RGBA& col2)
26 {
27     cout << "blend " << endl << col1 << col2 << endl;
28 }
29 
30 int main()
31 {
32     RGBA col1(255, 240, 155);
33     RGBA col2({ 15, 255, 10, 7 });
34     blend(col1, col2);
35     system("pause");
36 }
37 
38 /*运行结果
39 blend
40 r: 255, g: 240, b: 155, a: 0
41 r: 15, g: 255, b: 10, a: 7
42 */

在程序中想通过blend函数对两个确定的RGBA对象进行运算。采用了传统的方式，即先声明两个RGBA的变量，并且赋予相应初值，再将其传给函数blend。

在编写测试用例的时候，常会遇到需要声明较多值确定的RGBA变量。那么这样的声明变量–传值运算的方式显得非常麻烦。

如果自定义类型可以像内置类型一样向函数传递字面常量，比如向函数func传递字面常量func(2, 5.0f)，无疑这样的测试代码会方便很多。

以上即引入用户自定义字面量的原因。

【2】自定义字面量的应用与注意事项

C++11实现了如上的愿望，即可以通过定一个后缀标识的操作符，将声明了该后缀标识的字面量转换为需要的相应类型。

如上示例改造代码：

 1 #include 
 2 using namespace std;
 3 
 4 typedef unsigned char uint8;
 5 
 6 struct RGBA
 7 {
 8     uint8 r;
 9     uint8 g;
10     uint8 b;
11     uint8 a;
12     RGBA(uint8 R, uint8 G, uint8 B, uint8 A = 0)
13         : r(R), g(G), b(B), a(A)
14     {}
15 };
16 
17 RGBA operator "" _C(const char* col, size_t n)
18 {
19     const char* p = col;
20     const char* end = col + n;
21     const char* r, *g, *b, *a;
22     r = g = b = a = nullptr;
23     for (; p != end; ++p)
24     {
25         if (*p == 'r') r = p;
26         else if (*p == 'g') g = p;
27         else if (*p == 'b') b = p;
28         else if (*p == 'a') a = p;
29     }
30     if ((nullptr == r) || (nullptr == g) || (nullptr == b))
31     {
32         throw;
33     }
34     else if (nullptr == a)
35         return RGBA(atoi(r + 1), atoi(g + 1), atoi(b + 1));
36     else
37         return RGBA(atoi(r + 1), atoi(g + 1), atoi(b + 1), atoi(a + 1));
38 }
39 
40 ostream& operator<<(ostream& out, RGBA& col)
41 {
42     return out << "r: " << (int)col.r
43         << ", g: " << (int)col.g
44         << ", b: " << (int)col.b
45         << ", a: " << (int)col.a << endl;
46 }
47 
48 void blend(RGBA && col1, RGBA && col2)
49 {
50     cout << "blend " << endl << col1 << col2 << endl;
51 }
52 
53 int main()
54 {    
55     blend("r255 g240 b155"_C, "r15 g255 b10 a7"_C);
56     system("pause");
57 }
58 
59 /*运行结果
60 blend
61 r: 255, g: 240, b: 155, a: 0
62 r: 15, g: 255, b: 10, a: 7
63 */

声明了一个字面量操作符（literal operator）函数:RGBA operator"" _C(const char*col, size_t n)函数。

这个函数会解析以_C为后缀的字符串，并返回一个RGBA的临时变量。

有了这样一个用户字面常量的定义，程序中不再需要通过声明RGBA类型的声明变量–传值运算的方式来传递实际意义上的常量。

通过声明一个字符串以及一个_C后缀，operator""_C函数会产生临时变量。blend函数就可以通过右值引用获得这些临时值并进行计算。

这样一来，用户就完成了定义自定义类型的字面常量，可见main函数中的代码书写显得更加清晰。

注意事项：

（1）在字面量操作符函数的声明中，operator""与用户自定义后缀之间必须有空格。

（2）后缀建议以下划线开始。不宜使用非下划线后缀的用户自定义字符串常量，否则会被编译器警告。

当然，这也很好理解，因为形如201203L这样的字面量，后缀“L”无疑会引起一些混乱的状况。为了避免混乱，最好只使用下划线开始的后缀名。

（3）C++11标准中要求声明字面量操作符有一定的规则，该规则跟字面量的“类型”密切相关。具体规则如下：

[1] 如果字面量为整型数，那么字面量操作符函数只可接受unsigned long long或者const char*为其参数。

当unsigned long long无法容纳该字面量的时候，编译器会自动将该字面量转化为以\0为结束符的字符串，并调用以const char*为参数的版本进行处理。

[2] 如果字面量为浮点型数，则字面量操作符函数只可接受long double或者const char*为参数。const char*版本的调用规则同整型的一样（过长则使用const char*版本）。

[3] 如果字面量为字符串，则字面量操作符函数函数只可接受const char*, size_t为参数（已知长度的字符串）。

[4] 如果字面量为字符，则字面量操作符函数只可接受一个char为参数。

如下应用示例：

 1 #include 
 2 using namespace std;
 3 
 4 // 浮点数操作符
 5 long double operator"" _mm(long double x) { return x / 1000; }
 6 long double operator"" _m(long double x) { return x; }
 7 long double operator"" _km(long double x) { return x * 1000; }
 8 
 9 // 字符串操作符，第二个参数会自动推断为字符串的长度
10 size_t operator"" _len(char const*, size_t n)
11 {
12     return n;
13 }
14 
15 // 原始字面量操作符1
16 char const* operator"" _r(char const* s)
17 {
18     return s;
19 }
20 
21 // 原始字面量操作符2
22 string operator"" _rs(char const* s)
23 {
24     return 'x' + string(s) + 'y';
25 }
26 
27 int main()
28 {
29     cout << 1.0_mm << '\n';  // 0.001
30     cout << 1.0_m << '\n';   // 1
31     cout << 1.0_km << '\n';  // 1000
32 
33     cout << "ABCDEFGH"_len << '\n'; // 8
34 
35     cout << 12_r << '\n'; // 12
36     cout << 5_rs << '\n'; // x5y
37 }

5~7行：很简单不做解释。

10~13行：对于字符串相当有用，因为第二个参数会自动推断为字符串的长度。

16~19行：为原始字面量raw literal操作符。

22~25行：字面量的返回值没有被严格限定，完全可以提供相容类型的返回值。

 

good good study, day day up.

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