为什么用户定义的运算符不常见？

#1 楼

在编程语言设计中有两种截然相反的思想流派。一种是程序员在较少的限制下编写更好的代码，另一种是他们在更多的限制下编写更好的代码。在我看来，现实是，经验丰富的程序员可以不受限制地发展壮大，但是这些限制可以使初学者的代码质量受益。初学者完全糟糕的代码。因此，您的语言是否包括它们取决于您的语言设计师的思想流派。

#2 楼

给定在使用〜或“ myArray.Concat（secondArray）”连接数组之间的选择，我可能更喜欢后者。为什么？因为〜是一个完全无意义的字符，仅具有其含义-数组串联的含义-在编写该字符的特定项目中给出。

正如您所说，基本上，运算符与方法没有什么不同。但是，虽然可以为方法赋予可读性，易懂的名称，从而加深了对代码流的理解，但运算符却不透明且处在特定情况。或Haskell或OCaml中的大多数运算符，尽管在这种情况下，一些针对功能语言的通用标准正在出现。

#3 楼

由于此功能的实现非常简单，为什么它不更普遍？


您的前提是错误的。这并不是“实施起来很简单”。实际上，它带来了很多问题。

让我们看看帖子中建议的“解决方案”：



没有优先级。作者本人说：“不使用优先规则根本不是一种选择。”

语义感知解析。如文章所述，这将要求编译器具有很多语义知识。这篇文章实际上并没有提供解决方案，让我告诉您，这根本不是一件小事。编译器的设计旨在权衡复杂性。特别地，作者提到了收集相关信息的预解析步骤，但是预解析效率低下，编译器竭尽全力使解析次数最小化。

没有自定义的infix运算符。好吧，这不是解决方案。

混合解决方案。该解决方案具有语义感知解析的许多（但不是全部）缺点。特别是，由于编译器必须将未知标记视为可能代表自定义运算符，因此它通常无法产生有意义的错误消息。它还可能需要定义该运算符以继续进行解析（以收集类型信息等），这又需要额外的解析过程。

总而言之，这是实施昂贵的功能，无论是在解析器的复杂性还是在性能方面，目前尚不清楚是否会带来很多好处。当然，定义新​​运算符的功能有一些好处，但即使是那些有争议的（只要看看其他答案就认为拥有新运算符不是一件好事）。

#4 楼

现在，让我们忽略整个“运算符被滥用以损害可读性”的论点，而将注意力集中在语言设计的含义上。

中缀运算符比简单的优先级规则具有更多的问题（尽管直率，链接您引用的内容简化了该设计决策的影响）。一种是解决冲突：定义a.operator+(b)和b.operator+(a)会发生什么？一个优先于另一个会导致破坏该算子的预期交换性质。引发错误可能导致原本可以正常工作的模块一起损坏。当您开始将派生类型扔进混合中时会发生什么？

事实是，运算符不仅仅是函数。函数可以是独立的，也可以归其类所有，这些函数明确提供了拥有多态调度的参数（如果有）。

这忽略了操作员引起的各种包装和分辨率问题。语言设计人员（总体上）限制中缀运算符定义的原因是因为它在为语言提供了可争议的好处的同时给语言造成了很多问题。

坦率地说，因为实现起来并不容易。 br />

#5 楼

我想您会惊讶于以某种形式实现操作符重载的频率。但是它们在很多社区中并不常用。

为什么使用〜连接到数组？为什么不像Ruby那样使用<<？因为您使用的程序员可能不是Ru​​by程序员。还是D程序员。那么，当他们遇到您的代码时，他们会怎么做？他们必须去查找该符号的含义。

我曾经和一个非常优秀的C＃开发人员一起工作，他对功能语言也很感兴趣。突然，他开始通过扩展方法和使用标准monad术语将monad引入C＃。一旦知道了它的含义，就不会有人质疑他的某些代码更简洁，甚至更具可读性，但这确实意味着每个人都必须在代码有意义之前学习monad术语。

足够，您认为？这只是一个小团队。我个人不同意。每个新开发人员注定会对此术语感到困惑。另一方面，我会很高兴在C＃中使用??运算符，因为我希望其他C＃开发人员知道它是什么，但是我不会将其重载为默认情况下不支持的语言。

#6 楼

我可以想到一些原因：


实现起来并不容易-允许任意的自定义运算符会使您的编译器更加复杂，尤其是在允许用户定义优先级，可修复性的情况下和团结规则。如果简单是一种优点，那么运算符重载将使您远离良好的语言设计。
它们被滥用-大多数程序员认为重新定义运算符并开始为各种自定义类重新定义它们是“很酷的”。不久之后，您的代码中到处都是大量的自定义符号，其他任何人都无法阅读或理解，因为操作员没有遵循易于理解的常规规则。我不赞成使用“ DSL”这一论点，除非您的DSL恰好是数学的一个子集：-)
它们会损害可读性和可维护性-如果经常忽略操作员，那么在使用此功能时可能很难发现被使用，编码人员被迫不断问自己操作员在做什么。给出有意义的函数名称要好得多。输入一些额外的字符很便宜，长期的维护问题也很昂贵。
它们可能破坏隐含的性能预期。例如，我通常希望在数组中查找元素为O(1)。但是使用运算符重载时，根据索引运算符的实现，someobject[i]可能很容易成为O(n)操作。

实际上，与仅使用常规函数相比，运算符重载具有合理的用途。一个合理的例子可能是设计一个复数类，以供数学家使用，他们理解为复数定义数学运算符的众所周知的方法。但这确实不是一个很常见的情况。

要考虑一些有趣的情况：



Lisps：通常根本不区分运算符和函数-+只是一个常规函数。您可以随意定义函数（通常有一种在单独的命名空间中定义函数的方法，以避免与内置的+冲突），包括运算符。但是在文化上倾向于使用有意义的函数名，因此不会被滥用。另外，在Lisp中，前缀表示法倾向于专门使用，因此运算符重载提供的“语法糖”中的值较小。

Java-不允许运算符重载。有时候这很烦人（对于像复数的情况这样的东西），但是平均而言，对于Java来说，这可能是正确的设计决策，旨在作为一种简单的通用OOP语言。由于这种简单性，对于中低技能的开发人员来说，Java代码实际上非常容易维护。

C ++具有非常复杂的运算符重载。有时这会被滥用（有人吗？），但考虑到C ++作为一种复杂语言的定位，这种方法是有意义的，该语言可以进行高级编程，同时仍然使您与性能非常接近，因此例如编写一个复杂的数字类，该类的行为完全符合您的要求，而不会影响性能。据了解，用脚射击自己是您的责任。

#7 楼

由于此功能的实现非常简单，所以为什么它不更常见？


实现起来并不容易（除非实现得很简单）。即使以理想的方式实现，它也不会给您带来太多好处：简洁带来的可读性增益被陌生和不透明带来的可读性损失所抵消。用户的时间。

这就是我可以想到的三种语言，它们以不同的方式来实现：


球拍，方案，当不是所有S-expression-y都允许并且希望您为要扩展的任何语法编写相当于解析器的内容（并提供有用的钩子以使其易于处理）。
Haskell，纯函数编程语言，允许定义仅由标点符号组成的任何运算符，并允许您提供固定性级别（可用10个级别）和关联性。三元运算符等可以用二进制运算符和高阶函数来创建。在同一程序中被定义为运算符，但其词法分析器，解析器和评估器都因此紧密耦合。

#8 楼

不鼓励使用自定义运算符的主要原因之一是，因为这样任何运算符都可以意思/可以做任何事情。例如，cstream备受批评的左移重载。

语言允许运算符重载，通常鼓励使运算符行为与基本行为保持相似以避免混淆。

用户定义的运算符也使解析变得困难得多，尤其是在还存在自定义首选项的情况下规则。

#9 楼

我们不使用用户定义的运算符，原因与我们不使用用户定义的单词相同。没有人会称其功能为“ sworp”。向他人传达您的想法的唯一方法是使用共享语言。这意味着您要为其编写代码的社会必须同时知道单词和符号（运算符）。

因此，您在编程语言中使用的运算符就是我们所教的在学校（算术）或在编程社区中建立的算术运算符，例如布尔运算符。

#10 楼

至于确实支持这种重载的语言：Scala可以，实际上C ++可以用一种更干净，更好的方式。大多数字符都可以在函数名称中使用，因此您可以根据需要定义！+ * = ++之类的运算符。内置了对infix的支持（所有带有一个参数的函数）。我认为您也可以定义此类功能的关联性。但是，您不能定义优先级（仅使用丑陋的技巧，请参阅此处）。

#11 楼

尚未提及的一件事是Smalltalk的情况，其中所有内容（包括运算符）都是消息发送。 +，|等“运算符”实际上是一元方法。

所有方法都可以被覆盖，因此，如果a + b和a都是整数，则b表示整数加法，如果它们是整数，则表示矢量加法都OrderedCollection。

没有优先级规则，因为这些只是方法调用。这对标准数学符号具有重要意义：3 + 4 * 5表示(3 + 4) * 5，而不是3 + (4 * 5)。

（这是Smalltalk新手的主要绊脚石。违反数学规则将删除一个特殊情况，以便进行所有代码评估统一从左到右，使语言更加简单。）

#12 楼

您在这里与两件事作斗争：


为什么运算符首先存在于语言中？
运算符在函数/方法上的优点是什么？

在大多数语言中，运算符并没有真正实现为简单功能。它们可能具有一些功能支架，但是编译器/运行时明确意识到其语义含义以及如何将其有效地转换为机器代码。即使与内置函数相比，这也更为正确（这就是为什么大多数实现在其实现中也不包括所有函数调用开销的原因）。大多数运算符是对CPU中原始指令的更高级别的抽象（这就是为什么大多数运算符是算术，布尔或按位运算的部分原因）。您可以将它们建模为“特殊”功能（称它们为“原始”或“内建”或“本机”或其他），但是要做到这一点通常需要一组非常强大的语义来定义此类特殊功能。另一种选择是使内置运算符在语义上看起来像用户定义的运算符，但在编译器中调用特殊路径。这与第二个问题的答案不符...

除了上面提到的机器翻译问题外，在语法层面上，运算符与功能并没有什么不同。它们与众不同的特征往往是简洁和象征性的，这暗示着它们必须有用的显着附加特征：它们必须对开发人员具有广泛理解的含义/语义。简短的符号不会传达太多的含义，除非它是已经理解的语义集合的简写形式。这使用户定义的运算符本质上无济于事，因为就其本质而言，它们未被广泛理解。它们与一个或两个字母函数名称一样有意义。

C ++的运算符重载为对此进行检查提供了沃土。大多数运算符重载“滥用”都以重载的形式出现，这些重载破坏了一些广为人知的语义协定（经典示例是运算符+的重载，例如a + b！= b + a，或者其中+修改了其中一个如果您查看Smalltalk，它确实允许运算符重载和用户定义的运算符，那么您会发现一种语言可能如何实现这一目标以及它的用处。在Smalltalk中，运算符只是具有不同语法属性的方法（即，它们被编码为中缀二进制）。该语言对特殊的加速运算符和方法使用“原始方法”。您发现几乎没有创建任何用户定义的运算符，而且当它们创建时，它们往往没有像作者可能打算使用的那样被广泛使用。甚至等同于运算符重载的情况也很少见，因为将新函数定义为运算符而不是方法主要是净损失，因为后者允许表达该函数的语义。

#13 楼

我一直发现C ++中的运算符重载对于单个开发人员来说是一个方便的快捷方式，但是从长远来看，这会引起各种混乱，这仅仅是因为方法调用以不容易的方式被“隐藏”了为了使诸如doxygen之类的工具脱颖而出，人们需要理解这些习语才能正确使用它们。有时，甚至比您期望的要难得多。曾几何时，在一个大型的跨平台C ++项目中，我认为通过创建一个FilePath对象（类似于Java的File对象）来规范构建路径的方式是一个好主意，该对象将具有operator /在其上连接另一个路径部分（因此您可以执行File::getHomeDir()/"foo"/"bar"之类的操作，并且它将在我们所有受支持的平台上执行正确的操作）。看到它的每个人都会说：“到底是什么？字符串分割？...哦，这很可爱，但我不相信它会做正确的事情。”

类似地，有一个在图形程序设计或其他发生矢量/矩阵数学运算的领域中，很多情况很容易发生，例如Matrix * Matrix，Vector * Vector（点），Vector％Vector（叉），Vector * Vector（叉），Matrix * Vector（矩阵变换）， Matrix ^ Vector（忽略均匀坐标的特殊情况的矩阵变换-对表面法线很有用），依此类推，但是虽然为编写矢量数学库的人节省了一些解析时间，但最终只会使问题变得混乱更多给别人。只是不值得。

#14 楼

运算符重载是一个坏主意，其原因与方法重载是一个坏主意的原因相同：屏幕上的相同符号根据其周围的内容而具有不同的含义。这使得休闲阅读更加困难。

由于可读性是可维护性的关键方面，因此应始终避免过载（在某些非常特殊的情况下除外）。每个符号（无论是运算符还是字母数字标识符）最好具有自己站立的独特含义。

举例说明：在阅读不熟悉的代码时，如果遇到不知道的新字母数字标识符，至少您会拥有不知道的优势。然后，您可以查找它。但是，如果看到知道其含义的通用标识符或运算符，则您不太可能注意到它实际上已经被重载以具有完全不同的含义。要知道哪些操作符已被重载（在广泛使用了重载的代码库中），即使您只想阅读其中的一小部分，也需要掌握完整代码的使用知识。这将使新开发人员无法加快该代码的开发速度，也很难使人们从事少量工作。这可能对程序员的工作安全性有好处，但是如果您对代码库的成功负责，则应不惜一切代价避免这种做法。

由于运算符的大小较小，因此重载运算符将允许更密集的代码，但是使代码密集并不是真正的好处。具有两倍逻辑的行需要两倍的读取时间。编译器不在乎。唯一的问题是人类可读性。由于使代码紧凑不会提高可读性，因此紧凑性并没有真正的好处。继续并占用空间，为唯一的操作赋予唯一的标识符，从长远来看，您的代码将更加成功。

#15 楼

我认为处理优先级和复杂的解析存在技术难题，我认为必须考虑编程语言的一些方面。

运算符通常是简短的逻辑结构，可以很好地定义和记录以核心语言（比较，分配）。如果没有文档，通常也很难理解它们（例如，将a^b与xor(a,b)比较）。在正常编程中，实际上可能有意义的操作符数量非常有限（>，<，=，+等）。

我的想法是，最好坚持使用一种语言定义的一组明确的运算符-然后允许运算符重载这些运算符（给出的软性建议是，这些运算符应执行相同的操作，但建议

您的~和|用例实际上可以通过简单的运算符重载（C＃，C ++等）实现。 DSL是有效的使用区域，但可能是唯一有效的区域之一（从我的角度来看）。但是，我认为有更好的工具可以在其中创建新语言。通过使用任何一种编译器工具，在另一种语言中执行真正的DSL语言并不困难。 “扩展LUA参数”也是如此。一种语言很可能主要是为了以特定方式解决问题而定义的，而不是作为子语言的基础（存在例外）。

#16 楼

另一个原因是，使用可用的运算符定义操作并不总是那么简单。我的意思是，是的，对于任何类型的数字，“ *”运算符都是有意义的，并且通常以语言或现有模块来实现。但是，对于需要定义的典型复杂类（例如ShipingAddress，WindowManager，ObjectDimensions，PlayerCharacter等），其行为尚不清楚...向地址添加或减去数字是什么意思？

当然，您可以定义将字符串添加到ShippingAddress类意味着自定义操作，例如“在地址中替换第1行”（而不是“ setLine1”函数），并添加一个数字是“替换邮政编码”（而不是“ setZipCode”），但是这样的代码不太易读和令人困惑。我们通常认为运算符被用在基本类型/类中，因为它们的行为是直观，清晰和一致的（至少一旦您熟悉该语言）。考虑诸如Integer，String，ComplexNumbers等类型。

因此，即使在某些特定情况下定义运算符可能非常有用，但它们的实际实现还是非常有限的，因为99％的基本语言包中已经实现了明显的优势。