C++ 模板<运算符>

Question

我目前正在构建一个 BigInt 类，并且在重载运算符 & 时，|和 ^，它们都将具有相似的函数语法，我想知道是否可以将运算符本身模板化为：

template<operator K> 
BigInt operator K( const BigInt& a, const BigInt& b )
{
 BigInt Result = 0;
 uint64_t Max = max(a.GetSize() , b.GetSize()) /* max(a,b) is defined outside */
 for (uint64_t n=0; n < Max; n++)
 {
  Result[n] = a[n] K b[N];
 }
 return Result;
}

其中 A[n] 返回一个带有 A 的第 n 位（二进制）的布尔值，并将其应用于运算符 &、|和 ^，这样我就不会写 3 个除了 2 个字母外相同的运算符重载。

我知道这种语法不起作用，但我想问是否有任何方法可以做您可能期望这种语法做的事情：用 &, | 替换 K或 ^ 且仅当您在代码中编写 (a & b) 时使用。

如果有帮助，这里是我对类的定义：

class BigInt
{
private:
    vector<bool> num;

public:
    /* Constructors */
    BigInt();
    template<class T> BigInt(T);

    /* Class Methods */
    void RLZ(); /* Remove Leading Zeroes */
    uint64_t GetSize() const;
    void print();

    /* Operator Overloads */
    std::vector<bool>::reference operator[] (uint64_t);
    bool operator[] (uint64_t) const;
    BigInt& operator=(const BigInt&);
};

Answer 1

一个想法是定义一个在运算符 function 上模板化的辅助函数（因为您不能在运算符本身上模板化），然后在适当的 BigInt 运算符的定义中实例化您的模板.例如：

template <class OperatorFn> 
BigInt bitwiseOperator(const BigInt& a, const BigInt& b) const
{
    BigInt Result = 0;
    uint64_t Max = max(a.GetSize(), b.GetSize());
    for (uint64_t n=0; n < Max; n++)
    {
        Result[n] = OperatorFn{}(a[n], b[N]);
    }
    return Result;
}
BigInt operator&(const BigInt& a, const BigInt& b) const { return bitwiseOperator<std::bit_and<bool>>(a, b); }
BigInt operator|(const BigInt& a, const BigInt& b) const { return bitwiseOperator<std::bit_or<bool>>(a, b); }
BigInt operator^(const BigInt& a, const BigInt& b) const { return bitwiseOperator<std::bit_xor<bool>>(a, b); }

Answer 2

我会这样写：

template<class F>
BigInt& bitwiseReplace( F&& f, BigInt& lhs, BigInt const& rhs ) {
  auto max = (std::max)(lhs.GetSize(), rhs.GetSize());
  for (uint64_t i=0; i < max; ++i)
    lhs[i] = f( lhs[i], rhs[i] );
  return lhs;
}

请注意，我引用lhs 并对其进行修改。这是故意的。这对应于&= 和|=。

template<class F>
BigInt bitwiseCreate( F&& f, BigInt lhs, BigInt const& rhs ) {
  bitwiseReplace( std::forward<F>(f), lhs, rhs );
  return lhs;
}

这对应于+ 或|。

在你的课堂上：

BigInt& operator=(const BigInt&)=default;
BigInt& operator=(BigInt&&)=default;
BigInt(const BigInt&)=default;
BigInt(BigInt&&)=default;

有默认的移动/复制分配/构造，因为他们在这里做正确的事。

现在你只需要写一行：

BigInt& operator&=( BigInt const& rhs ) { return bitwiseReplace( std::bit_and<bool>{}, *this, rhs ); }
BigInt& operator|=( BigInt const& rhs ) { return bitwiseReplace( std::bit_or<bool>{}, *this, rhs ); }

friend BigInt operator&( BigInt lhs, BigInt const& rhs ) { return bitwiseCreate( std::bit_and<bool>{}, std::move(lhs), rhs ); }
friend BigInt operator|( BigInt lhs, BigInt const& rhs ) { return bitwiseCreate( std::bit_or<bool>{}, std::move(lhs), rhs ); }

这需要少量的胶水代码。

左侧取值表示

auto r = a | b | c;

是高效的——a | b 的结果被移动（实际上被省略了）到(a|b) | c 中，没有执行任何副本。

这样做的另一个好处是您可以用std::vector<uint32_t> 替换您的std::vector<bool>。只需编写wordwiseReplace 和wordwiseCreate，它们接受一个函数并以非常相似的方式对每个uint32_t 进行操作。

您甚至可以通过一些额外的工作来实现+ 和-。函数对象可以携带进位信息。您必须检查最后是否有溢出/下溢并进行调整。

* 和 / 需要更多的工作。