C++11 用户自定义字面量

【1】为什么引入用户自定义字面量？

在C/C++程序中，常常会使用结构体或者类来创造新的类型，以满足实际的需求。

比如，在进行科学计算时，用户可能需要用到复数（通常会包含实部和虚部两部分）。

对于颜色，用户通常会需要一个四元组（三原色及Alpha）。

对于奥运会组委会，他们则常常会需要七元组（标示来自七大洲的状况）等等。

而当用户想声明一个自定义类型的“字面量”（literal）时，尤其显得麻烦。如下示例：

#include <iostream>
using namespace std;

typedef unsigned char uint8;

struct RGBA
{
    uint8 r;
    uint8 g;
    uint8 b;
    uint8 a;
    RGBA(uint8 R, uint8 G, uint8 B, uint8 A = 0)
        : r(R), g(G), b(B), a(A)
    {}
};

ostream & operator<<(ostream& out, RGBA& col)
{
    return out << "r: " << (int)col.r
        << ", g: " << (int)col.g
        << ", b: " << (int)col.b
        << ", a: " << (int)col.a << endl;
}

void blend(RGBA& col1, RGBA& col2)
{
    cout << "blend " << endl << col1 << col2 << endl;
}

int main()
{
    RGBA col1(255, 240, 155);
    RGBA col2({ 15, 255, 10, 7 });
    blend(col1, col2);
    system("pause");
}

/*运行结果
blend
r: 255, g: 240, b: 155, a: 0
r: 15, g: 255, b: 10, a: 7
*/

在程序中想通过blend函数对两个确定的RGBA对象进行运算。采用了传统的方式，即先声明两个RGBA的变量，并且赋予相应初值，再将其传给函数blend。

在编写测试用例的时候，常会遇到需要声明较多值确定的RGBA变量。那么这样的声明变量–传值运算的方式显得非常麻烦。

如果自定义类型可以像内置类型一样向函数传递字面常量，比如向函数func传递字面常量func(2, 5.0f)，无疑这样的测试代码会方便很多。

以上即引入用户自定义字面量的原因。

【2】自定义字面量的应用与注意事项

C++11实现了如上的愿望，即可以通过定一个后缀标识的操作符，将声明了该后缀标识的字面量转换为需要的相应类型。

如上示例改造代码：

#include <iostream>
using namespace std;

typedef unsigned char uint8;

struct RGBA
{
    uint8 r;
    uint8 g;
    uint8 b;
    uint8 a;
    RGBA(uint8 R, uint8 G, uint8 B, uint8 A = 0)
        : r(R), g(G), b(B), a(A)
    {}
};

RGBA operator "" _C(const char* col, size_t n)
{
    const char* p = col;
    const char* end = col + n;
    const char* r, *g, *b, *a;
    r = g = b = a = nullptr;
    for (; p != end; ++p)
    {
        if (*p == 'r') r = p;
        else if (*p == 'g') g = p;
        else if (*p == 'b') b = p;
        else if (*p == 'a') a = p;
    }
    if ((nullptr == r) || (nullptr == g) || (nullptr == b))
    {
        throw;
    }
    else if (nullptr == a)
        return RGBA(atoi(r + 1), atoi(g + 1), atoi(b + 1));
    else
        return RGBA(atoi(r + 1), atoi(g + 1), atoi(b + 1), atoi(a + 1));
}

ostream& operator<<(ostream& out, RGBA& col)
{
    return out << "r: " << (int)col.r
        << ", g: " << (int)col.g
        << ", b: " << (int)col.b
        << ", a: " << (int)col.a << endl;
}

void blend(RGBA && col1, RGBA && col2)
{
    cout << "blend " << endl << col1 << col2 << endl;
}

int main()
{    
    blend("r255 g240 b155"_C, "r15 g255 b10 a7"_C);
    system("pause");
}

/*运行结果
blend
r: 255, g: 240, b: 155, a: 0
r: 15, g: 255, b: 10, a: 7
*/

声明了一个字面量操作符（literal operator）函数:RGBA operator"" _C(const char*col, size_t n)函数。

这个函数会解析以_C为后缀的字符串，并返回一个RGBA的临时变量。

有了这样一个用户字面常量的定义，程序中不再需要通过声明RGBA类型的声明变量–传值运算的方式来传递实际意义上的常量。

通过声明一个字符串以及一个_C后缀，operator""_C函数会产生临时变量。blend函数就可以通过右值引用获得这些临时值并进行计算。

这样一来，用户就完成了定义自定义类型的字面常量，可见main函数中的代码书写显得更加清晰。

注意事项：

（1）在字面量操作符函数的声明中，operator""与用户自定义后缀之间必须有空格。

（2）后缀建议以下划线开始。不宜使用非下划线后缀的用户自定义字符串常量，否则会被编译器警告。

当然，这也很好理解，因为形如201203L这样的字面量，后缀“L”无疑会引起一些混乱的状况。为了避免混乱，最好只使用下划线开始的后缀名。

（3）C++11标准中要求声明字面量操作符有一定的规则，该规则跟字面量的“类型”密切相关。具体规则如下：

[1] 如果字面量为整型数，那么字面量操作符函数只可接受unsigned long long或者const char*为其参数。

当unsigned long long无法容纳该字面量的时候，编译器会自动将该字面量转化为以为结束符的字符串，并调用以const char*为参数的版本进行处理。

[2] 如果字面量为浮点型数，则字面量操作符函数只可接受long double或者const char*为参数。const char*版本的调用规则同整型的一样（过长则使用const char*版本）。

[3] 如果字面量为字符串，则字面量操作符函数函数只可接受const char*, size_t为参数（已知长度的字符串）。

[4] 如果字面量为字符，则字面量操作符函数只可接受一个char为参数。

如下应用示例：

#include <iostream>
using namespace std;

// 浮点数操作符
long double operator"" _mm(long double x) { return x / 1000; }
long double operator"" _m(long double x) { return x; }
long double operator"" _km(long double x) { return x * 1000; }

// 字符串操作符，第二个参数会自动推断为字符串的长度
size_t operator"" _len(char const*, size_t n)
{
    return n;
}

// 原始字面量操作符1
char const* operator"" _r(char const* s)
{
    return s;
}

// 原始字面量操作符2
string operator"" _rs(char const* s)
{
    return 'x' + string(s) + 'y';
}

int main()
{
    cout << 1.0_mm << '
';  // 0.001
    cout << 1.0_m << '
';   // 1
    cout << 1.0_km << '
';  // 1000

    cout << "ABCDEFGH"_len << '
'; // 8

    cout << 12_r << '
'; // 12
    cout << 5_rs << '
'; // x5y
}

5~7行：很简单不做解释。

10~13行：对于字符串相当有用，因为第二个参数会自动推断为字符串的长度。

16~19行：为原始字面量raw literal操作符。

22~25行：字面量的返回值没有被严格限定，完全可以提供相容类型的返回值。

good good study, day day up.

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