是否有任何理由使用右值引用来重载运算符？

Question

有模板化向量class（这是关于数学，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：

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

如果你的向量移动比复制更便宜（通常情况下，它在内部存储指向可以廉价复制的数据的指针），那么为 rvlaue 引用重载将有助于提高性能。您可以查看 std::string 以及它如何在此处的两个参数中为所有可能的引用重载：http://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string/operator%2B

编辑

由于 OP 阐明了内部数据表示是 c 样式数组，因此提供多个重载没有任何好处。 C 风格的数组不能廉价地移动 - 它们被复制 - 所以那些多重重载没有任何用处。

Answer 2

这取决于你的实施 Vector:

如果 class 移动速度比复制速度快，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 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> 实施比复制操作更快的移动操作。

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

作为类比，您当前的 Vector 实现就像一个 std::array<T, D> (which holds internally a c-array and needs to be copied), but you could switch to an std::vector<T>（它包含指向堆的指针并且易于移动）。 D的值越大，应该从std::array切换到std::vector才更有吸引力。

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副本，就像您在 operator+(&,&) 实施中必须做的那样：

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副本，而在非重载版本中，编译器可以使用 return-value optimization 删除它。如果你用std::vector这样的表示，移动很快，所以就地更新版本应该比原来的版本快（operator+(&,&)）。

编译器可以自动进行就地更新优化吗？

编译器在没有帮助的情况下不太可能做到这一点。

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

是否有任何理由使用右值引用来重载运算符？

Is there any reason to overload operators with rvalue reference?

c++

optimization

rvalue-reference

c++11