C++20新特性—“宇宙飞船”运算符
三路运算符是由Herb Sutter提出，2019年10月8日确定的C++20草案中正式将三路运算符纳入进来。在类中使用三路运算符后，编译器可以默认生成6个基础运算符，这一新特性的使用从一定程度上来说减少了开发的工作量，因此也受到大家的喜爱，被大家称为：宇宙飞船运算符。
1 三路运算符的形式
三路运算符不同于6中基础的运算符，C++标准委员会使用“<=>”作为三路运算符的操作符。表达式形式如下：
左操作数 <=> 右操作数
三路运算符返回的是一个对象，如下所示：
- 如果左操作数 < 右操作数 则 (a <=> b) < 0
- 如果左操作数 > 右操作数 则 (a <=> b) > 0
- 如果左操作数 和 右操作数 相等/等价则 (a <=> b) == 0
三路运算符的返回结果和我们实际中使用的strcmp、strncmp一样，但是又有本质的区别，三路运算符返回的是std::strong_ordering、std::weak_ordering以及std::partial_ordering对象，而strcmp和strncmp返回的是整型数据。
2 默认比较
在编程时，类类型可以生成默认比较，在类中定义后，编译器会默认生成6种比较运算符的代码，生成默认比较的形式如下所示：
//类成员函数定义
返回类型 类名::operator运算符( const 类名 & ) const &(可选) = default;
//非成员函数
friend 返回类型 operator运算符( const 类名 &, const 类名 & ) = default;
//非成员函数，按值传递
friend 返回类型 operator运算符( 类名, 类名 ) = default;三路运算符使用时，有自己限制，既：返回结果必须是auto或者std::strong_ordering、std::weak_ordering以及std::partial_ordering中的任意一个。
默认比较代码演示如下：
class Point {
int x;
int y;
public:
Point(int _x,int _y):x(_x),y(_y){};
//预制生成默认比较函数，编译器会生成<,==,<,<=,>=,!=运算代码
auto operator<=>(const Point&) const = default;
};
int main() {
Point pt1{1, 1}, pt2{1, 2};
std::set<Point> s; // ok
s.insert(pt1); // ok
std::cout << std::boolalpha
<< (pt1 == pt2) << ' ' // false；operator== 隐式地采用默认版本
<< (pt1 != pt2) << ' ' // true
<< (pt1 < pt2) << ' ' // true
<< (pt1 <= pt2) << ' ' // true
<< (pt1 > pt2) << ' ' // false
<< (pt1 >= pt2) << ' ';// false
}代码运行结果为：
false true true true false false3 用户自定义比较
实际编码时，有些场景需要我们自己定义三路运算符比较，编译器可以根据我们的定义规则生成相应的比较运算符代码。按照返回结果可以分为三种，分别是：
- 强序：std::strong_ordering
- 弱序:std::weak_ordering
- 偏序:std::partial_ordering。
3.1 强序
返回对象为强序时，需要对每个对象进行比较操作，比价顺序可以根据需求自己定义。如下面的例子，使用强序作为返回对象。
struct TotallyOrdered {
std::string tax_id;
std::string first_name;
std::string last_name;
public:
// 自定义 operator<=> ，因为我们希望（在比较姓前）先比较名：
std::strong_ordering operator<=>(const TotallyOrdered& that) const {
if (auto cmp = last_name <=> that.last_name; cmp != 0)
return cmp;
if (auto cmp = first_name <=> that.first_name; cmp != 0)
return cmp;
return tax_id <=> that.tax_id;
}
// ... 非比较函数 ...
};
int main() {
TotallyOrdered to1{"b","c","d"}, to2{"b","d","c"};
auto res = to1<=>to2;
if(res >0)
std::cout<<"to1>to2"<<std::endl;
else if(res < 0)
std::cout<<"to1<to2"<<std::endl;
else
std::cout<<"to1==to2"<<std::endl;
}运行结果为：
to1>to23.2 弱序
返回结果为std::weak_ordering，下面的代码就是生成对字符串比较时忽略大小写。代码如下：
class CaseInsensitiveString {
std::string strS;
int is_same(const CaseInsensitiveString& rhs) const {
return strcasecmp(strS.c_str(),rhs.strS.c_str());
}
public:
CaseInsensitiveString(std::string _str):strS(_str){};
std::weak_ordering operator<=>(const CaseInsensitiveString& b) const {
if(is_same(b)>0) return std::weak_ordering::greater;
else if(is_same(b)<0) return std::weak_ordering::less;
else return std::weak_ordering::equivalent;
}
};
int main() {
CaseInsensitiveString str1("CPP"), str2("cpp");
auto res = str1<=>str2;
if(res >0)
std::cout<<"to1>to2"<<std::endl;
else if(res < 0)
std::cout<<"to1<to2"<<std::endl;
else
std::cout<<"to1==to2"<<std::endl;
}运行结果如下：
to1==to23.3 偏序
偏序是一种允许无法比较（无序）的值的比较的排序，比如包括 NaN 值的浮点排序。
class CaseInsensitiveString {
std::string strS;
int is_same(const CaseInsensitiveString& rhs) const {
return strcasecmp(strS.c_str(),rhs.strS.c_str());
}
public:
CaseInsensitiveString(std::string _str):strS(_str){};
std::partial_ordering operator<=>(const CaseInsensitiveString& b) const {
if(is_same(b)>0) return std::partial_ordering::greater;
else if(is_same(b)<0) return std::partial_ordering::less;
else return std::partial_ordering::equivalent;
}
};
int main() {
CaseInsensitiveString str1("CPP"), str2("cpp");
if(std::is_eq(str1<=>str2)) std::cout<<"str1 is str2";
if(std::is_neq(str1<=>str2)) std::cout<<" str1 is not str2";
if(str1>str2) std::cout<<" str1>str2";
if(str1<str2) std::cout<<" str1<str2";
}运行结果为：
str1 is str2总结：
三路运算中，如果需要对类成员中每一个成员都进行比较，使用默认比较既可，如果不需要，则可以根据需要进行自定义生成。对于偏序小编的理解可能存在一定的差异，这里希望大家留言评论。