三向比较运算符与减法有何不同？

Question

C++20 中有一个新的比较运算符<=>。但是我认为在大多数情况下，简单的减法效果很好：

int my_strcmp(const char *a, const char *b) {
    while (*a == *b && *a != 0 && *b != 0) {
        a++, b++;
    }
    // Version 1
    return *a - *b;
    // Version 2
    return *a <=> *b;
    // Version 3
    return ((*a > *b) - (*a < *b));
}

它们具有相同的效果。我真的无法理解其中的区别。

Answer 1

这里有一些关于差异的有意义的答案，但 his paper 中的 Herb Sutter 明确表示：

适用于类型实现者：操作符 实现之外的用户代码（包括通用代码）几乎不应该直接调用 （正如已经在其他语言中发现的一种良好做法）；

所以即使没有区别，运算符的意义也不同：帮助类编写者生成比较运算符。

减法运算符和“宇宙飞船”运算符之间的核心区别（根据 Sutter 的提议）是重载 operator- 为您提供减法运算符，而重载 operator<=>：

• 为您提供 6 个核心比较运算符（即使您将运算符声明为 default：无需编写代码！）；
• 声明您的类是否具有可比性、可排序性以及顺序是完全的还是部分的（在 Sutter 的建议中为强/弱）；
• 允许进行异构比较：您可以重载它以将您的类与任何其他类型进行比较。

其他区别在于返回值：operator<=> 将返回一个类的enum，该类指定该类型是否可排序以及排序是强排序还是弱排序。返回值将转换为 -1、0 或 1（尽管 Sutter 为返回类型留出了空间来指示距离，正如 strcmp 所做的那样）。无论如何，假设返回值为 -1, 0, 1，我们最终会得到a true signum function in C++！ (signum(x) == x<=>0)

Answer 2

该运算符解决了减法时出现的数字溢出问题：如果从接近 INT_MIN 的负数中减去一个大的正数，则会得到一个无法表示为 int 的数字，因此导致未定义的行为。

虽然版本 3 没有这个问题，但它完全缺乏可读性：以前从未见过这个技巧的人需要一些时间才能理解。 <=> 运算符也修复了可读性问题。

这只是新操作员解决的一个问题。 Herb Sutter's Consistent comparison paper 的第 2.2.3 节讨论了将 <=> 与语言的其他数据类型一起使用，其中减法可能会产生不一致的结果。

Answer 3

以下是一些不适用减法的情况：

1. unsigned 类型。
2. 导致整数溢出的操作数。
3. 未定义 operator - 的用户定义类型（可能是因为它没有意义 - 可以定义顺序而不定义距离概念）。

我怀疑这个列表并不详尽。

当然，至少可以为#1 和#2 想出解决方法。但operator <=> 的意图是封装这种丑陋。