C++20 引入了三路比较运算符(spaceship operator),写作 operator<=>,它的主要作用是简化类类型的比较操作。使用这个运算符,你可以用一行代码生成所有常见的比较运算符(如 ==, !=, <, <=, >, >=),从而减少重复代码并提高类型安全性。
基本语法与返回类型
operator<=> 的返回类型决定了比较的结果类别。C++20 提供了几种标准的比较类别类型,定义在 <compare> 头文件中:
- std::strong_ordering:表示强序关系,比如整数之间的比较。
- std::weak_ordering:表示弱序,元素可以等价但不完全相同(如不区分大小写的字符串)。
- std::partial_ordering:支持部分顺序,允许出现无法比较的情况(如浮点数中的 NaN)。
最常见的是 std::strong_ordering。例如,为一个简单的整数包装类添加三路比较:
#include <compare> struct MyInt { int value; auto operator<=>(const MyInt&) const = default; };
这里使用 = default 让编译器自动生成比较逻辑,基于成员变量的字典序进行比较。
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
自定义比较行为
你也可以手动实现 operator<=> 来控制比较逻辑。例如,你想让两个对象按绝对值排序:
struct AbsInt { int value; auto operator<=>(const AbsInt& rhs) const { return std::abs(value) <=> std::abs(rhs.value); } };
此时,比较的是绝对值。比如 -5 和 5 被视为相等,而 -6 > 5(因为 6 > 5)。
结合 == 和 != 的优化
虽然 operator<=> 可以生成所有六种比较运算符,但 == 操作通常更高效(只需判断是否相等,无需确定大小关系)。C++20 允许你单独默认化 operator== 以获得更好性能:
struct Point { int x, y; bool operator==(const Point&) const = default; std::strong_ordering operator<=>(const Point&) const = default; };
这样,== 使用逐成员相等判断,而其他比较使用三路比较自动生成。
实际应用场景
三路比较在定义容器元素顺序时特别有用。比如你有一个结构体用于 map 的键:
struct Key { std::string name; int id; auto operator<=>(const Key&) const = default; }; std::map<Key, std::string> data; // 可以正常使用
编译器会自动按 name 字典序比较,若相同再比较 id,无需手动写多个运算符。
基本上就这些。三路比较减少了样板代码,提升了代码清晰度和一致性。只要包含 <compare> 并合理使用 operator<=>,就能轻松实现现代 C++ 的高效比较逻辑。