More Effective C++ 22：考虑用运算符的赋值形式取代其单独形式

大多数程序员认为如果他们能这样写代码：

x = x + y; x = x - y;

那他们也能这样写：

x += y; x -= y;

但是，如果 x 和 y 是用户定义的类型，就不能确保这样。

operator+、operator=和operator+=之间没有任何关系，因此如果你想让这三个 operator同时存在并具有你所期望的关系，就必须自己实现它们。
同理，operator -, *, /, 等等也一样。

确保 operator 的赋值形式(比如operator+=)与一个operator的单独形式(比如operator+)之间存在正常的关系，一种好方法是后者根据前者来实现
比如：

class Rational 
{ 
public: 
	... 
	Rational& operator+=(const Rational& rhs); 
	Rational& operator-=(const Rational& rhs); 
};
const Rational operator+(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
	return Rational(lhs) += rhs;
}

const Rational operator-(const Rational& lhs, const Rational& rhs) 
{ 
	return Rational(lhs) -= rhs; 
}

在这个例子里，从零开始实现operator+=和-=，而operator+ 和operator- 则是通过调用前述的函数来提供自己的功能。使用这种设计方法，只用维护operator的赋值形式就行了。

如果你不介意把所有的 operator 的单独形式放在全局域里，那就可以使用模板来替代单独形式的函数的编写：

template<class T> 
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs) 
{ 
	return T(lhs) += rhs; 
} 

template<class T> 
const T operator-(const T& lhs, const T& rhs) 
{ 
	return T(lhs) -= rhs; 
} 
...

这样编写确实不错，但是到目前为止，我们还没有考虑效率问题，在这里值得指出的是三个效率方面的问题。

1.总的来说operator的赋值形式比其单独形式效率更高，因为单独形式要返回一个新对象，从而在临时对象的构造和释放上有一些开销。operator 的赋值形式把结果写到左边的参数里，因此不需要生成临时对象来容纳operator 的返回值

2.提供operator的赋值形式的同时也要提供其标准形式，允许类的客户端在便利与效率上做出折衷选择。也就是说，客户端可以决定是这样编写：

Rational a, b, c, d, result;
result = a + b + c + d;// 可能用了 3 个临时对象

还是这样编写：

result = a; //不用临时对象 
result += b; //不用临时对象 
result += c; //不用临时对象 
result += d; //不用临时对象

前者比较容易编写、debug 和维护，并且在 80％的时间里它的性能是可以被接受的。后者具有更高的效率，估计这对于汇编语言程序员来说会更直观一些。通过提供两种方案，你可以让客户端开发人员用更容易阅读的单独形式的operator 来开发和debug代码，同时保留用效率更高的 operator 赋值形式替代单独形式的权力。

3.涉及到operator单独形式的实现。再看看operator+ 的实现：

template<class T> 
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs) 
{ 
	return T(lhs) += rhs; 
}

表达式 T(lhs)调用了 T 的拷贝构造函数。它建立一个临时对象，其值与 lhs 一样。这个临时对象用来与 rhs 一起调用 operator+= ，操作的结果被从 operator+返回。这个代码好像不用写得这么隐密。这样写不是更好么？

template<class T> 
const T operator+(const T& lhs, const T& rhs) 
{ 
	T result(lhs); // 拷贝 lhs 到 result 中 
	return result += rhs; // rhs 与它相加并返回结果 
}

这个模板几乎与前面的程序相同，但是它们之间还是存在重要的差别。第二个模板包含一个命名对象，result。这个命名对象意味着不能在 operator+ 里使用返回值优化。第一种实现方法总可以使用返回值优化，所以编译器为其生成优化代码的可能就会更大。

return T(lhs) += rhs;

比大多数编译器希望进行的返回值优化更复杂。上面第一个函数实现也有这样的临时对象开销，就象你为使用命名对象 result 而耗费的开销一样。然而未命名的对象在历史上比命名对象更容易清除，因此当我们面对在命名对象和临时对象间进行选择时，用临时对象更好一些。它使你耗费的开销不会比命名的对象还多，特别是使用老编译器时，它的耗费会更少。

总结

operator的赋值形式（operator+=）比单独形式(operator+)效率更高。
做为一个库程序设计者，应该两者都提供，做为一个应用程序的开发者，在优先考虑性能时你应该考虑考虑用 operator赋值形式代替单独形式。