如何为C++20枚举类重载<=>飞船运算符？

问题根源 #

你的代码里两个核心问题导致自定义比较逻辑没生效：

1. <=>返回类型不符合规范：C++20要求三路比较运算符operator<=>必须返回标准比较范畴类型（比如std::strong_ordering、std::weak_ordering），而不是int。返回int的重载无法被编译器识别为合法的三路比较实现，因此编译器会直接使用强枚举类默认生成的关系运算符——也就是直接比较底层uint8_t的值。
2. 默认运算符的优先级：强枚举类带底层类型时，编译器会自动生成默认的operator<=>和关系运算符（</>/<=/>=）。当你的自定义operator<=>不符合规范时，编译器会忽略它，继续使用默认实现。

另外，你尝试删除默认关系运算符的操作无效，是因为删除后编译器无法从你的int返回值的<=>生成替代的关系运算符，最终还是会 fallback 到底层类型的比较逻辑；显式调用<=>出现歧义，则是因为你的自定义版本和默认生成的版本同时存在，编译器无法选择。

解决方案 #

只要修正operator<=>的返回类型，并实现正确的比较逻辑，就能让自定义规则生效，同时完全不会干扰uint8_t自身的运算符。

修正后的代码 #

#include <cstdio>
#include <compare>
#include <cstdint>
#include <unordered_map>

enum class Animals : uint8_t
{
  Bird = 27,
  Tiger = 5,
  Ant = 100,
  Snake = 45,
  Wale = 17
};

// 定义动物的实际大小顺序：Ant < Bird < Snake < Tiger < Wale
const std::unordered_map<Animals, int> size_rank = {
    {Animals::Ant, 0},
    {Animals::Bird, 1},
    {Animals::Snake, 2},
    {Animals::Tiger, 3},
    {Animals::Wale, 4}
};

// 返回标准比较范畴类型std::strong_ordering
std::strong_ordering operator<=>(Animals lhs, Animals rhs)
{
    std::cout << "comparing via overloaded <=> operator\n";
    // 用预定义的顺序值进行比较
    return size_rank.at(lhs) <=> size_rank.at(rhs);
}

int main(void)
{
  if(Animals::Ant < Animals::Tiger)
    std::puts("success (do I see the prompt of the overloaded operator?)");
  else
    std::puts("seems to use uint8_t comparison instead");

  // 额外测试其他比较逻辑
  if(Animals::Wale > Animals::Tiger)
    std::puts("Wale is bigger than Tiger, correct");
  
  return 0;
}

关键说明 #

• 返回类型修正：使用std::strong_ordering作为返回值，符合C++20的三路比较规范，编译器会自动基于这个<=>生成所有关系运算符（</>/<=/>=），无需手动定义。
• 自定义逻辑实现：通过映射表将枚举值映射到实际大小的顺序值，避免了大量的if-else判断，逻辑更清晰且易于维护。
• 无干扰uint8_t：重载仅针对Animals枚举类型，完全不会影响uint8_t自身的任何运算符行为。

运行修正后的代码，会看到输出自定义的提示信息，且Animals::Ant < Animals::Tiger会返回true，符合实际大小顺序。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tom Mekken