在引用限定符上重载成员函数的用例是啥？

Posted 2023-03-31

【中文标题】在引用限定符上重载成员函数的用例是啥？

【英文标题】：What's a use case for overloading member functions on reference qualifiers?在引用限定符上重载成员函数的用例是什么？

【发布时间】：2014-01-29 21:38:51

【问题描述】：

C++11 使得基于引用限定符重载成员函数成为可能：

class Foo 
public:
  void f() &;   // for when *this is an lvalue
  void f() &&;  // for when *this is an rvalue
;

Foo obj;
obj.f();               // calls lvalue overload
std::move(obj).f();    // calls rvalue overload

我了解它的工作原理，但它的用例是什么？

我看到N2819 建议将标准库中的大多数赋值运算符限制为左值目标（即，将“&”引用限定符添加到赋值运算符），但 this was rejected。所以这是一个潜在的用例，委员会决定不使用它。那么，什么是合理的用例呢？

【参考方案1】：

在提供引用获取器的类中，引用限定符重载可以在从右值中提取时激活移动语义。例如：

class some_class 
  huge_heavy_class hhc;
public:
  huge_heavy_class& get() & 
    return hhc;
  
  huge_heavy_class const& get() const& 
    return hhc;
  
  huge_heavy_class&& get() && 
    return std::move(hhc);
  
;

some_class factory();
auto hhc = factory().get();

这似乎确实需要付出很多努力才能获得更短的语法

auto hhc = factory().get();

效果和

一样

auto hhc = std::move(factory().get());

编辑：我找到了original proposal paper，它提供了三个激励示例：

将operator = 限制为左值（TemplateRex 的答案） 为成员启用移动（基本上是这个答案） 将operator & 约束为左值。我认为当“指针”最终被取消引用时，确保“指针”更有可能存活是明智的：

struct S 
  T operator &() &;
;

int main() 
  S foo;
  auto p1 = &foo;  // Ok
  auto p2 = &S();  // Error

不能说我曾经亲自使用过operator& 重载。

【讨论】：

huge_heavy_class&& get() && 错误（导致引用悬空，应该是 huge_heavy_class get() &&），auto hhc = std::move(factory().get()); 将是多余的。

@ildjarn 为什么你关心返回一个右值引用，而不是返回一个左值引用？一个人不会比另一个人更容易晃来晃去。是的，这篇文章的重点是要编写很多代码以避免需要编写 std::move(factory().get()) - 我想我需要更清楚地说明这一点。

因为左值引用只为左值返回，因此不是问题...

我将其标记为答案，因为它很好地总结了情况，并且链接到了原始提案。

【参考方案2】：

一个用例是prohibit assignment to temporaries

 // can only be used with lvalues
 T& operator*=(T const& other) &  /* ... */ return *this;  

 // not possible to do (a * b) = c;
 T operator*(T const& lhs, T const& rhs)  return lhs *= rhs; 

而不使用参考限定符会让你在两个坏处之间做出选择

       T operator*(T const& lhs, T const& rhs); // can be used on rvalues
 const T operator*(T const& lhs, T const& rhs); // inhibits move semantics

第一个选项允许移动语义，但对用户定义类型的作用与对内置类型的作用不同（不像 int 那样做）。第二种选择将停止分配但消除移动语义（可能会影响例如矩阵乘法的性能）。

@dyp 在 cmets 中的链接还提供了关于使用其他 (&&) 重载的扩展讨论，如果您想分配给（左值或右值），这可能很有用参考文献。

【讨论】：

更一般地说：防止暴露对临时内部数据的引用或指针。

你什么时候希望它们是可分配的？

@Mehrdad 我不知道，但如果你不指定&，他们会的。

@TemplateRex：很有趣。我觉得这可以通过完全禁止通过= rhs 分配右值来解决，而不是通过引入这个更通用的构造。如果人们真的想分配给右值，他们可以改用.operator=(rhs)。

@Mehrdad 以使编译器编写者的生活复杂化为代价可能并不令人惊讶 :-)

【参考方案3】：

如果 f() 需要一个 Foo 临时文件，它是它的副本并已修改，您可以修改临时文件 this，否则您不能这样做

【参考方案4】：

一方面，您可以通过添加& 作为引用限定符。

另一方面，您可以将其用于优化，例如当您有右值引用时将成员移出对象作为返回值，例如函数getName 可以返回std::string const& 或@987654326 @ 取决于引用限定符。

另一个用例可能是返回对原始对象的引用的运算符和函数，例如 Foo& operator+=(Foo&)，它们可以专门返回一个右值引用，从而使结果可移动，这又是一种优化。

TL;DR：使用它来防止函数的错误使用或优化。