在派生类中使用C++20太空船运算符遇跨类比较异常问题

问题根源：两种实现的核心差异与重载决议行为 #

1. 手动定义比较运算符的行为

你手动编写的operator<和operator>是全局非成员函数，参数为const ITimestampWrapper&。当比较任意派生类对象时：

• 派生类对象会被隐式切片为基类引用，直接调用这些函数。
• 函数内部仅比较基类的_timestamp成员，完全符合你“只比较基类时间戳”的需求——无论派生类类型是否相同，行为都一致。

2. 默认太空船运算符的行为

当你在基类中使用= default定义operator<=>时：

• 基类会生成一个默认的三路比较运算符，仅比较基类的_timestamp成员，编译器也会自动生成对应的operator>等运算符。
• 但你的派生类testClass和testClass2没有显式声明比较运算符，编译器会自动为每个派生类生成默认的operator<=>。这个派生类的默认运算符会先比较基类部分，再比较派生类自己的成员（比如_x）——不过这只影响同类型派生对象的比较（你的同类型比较正常，是因为基类部分的比较已经决定了结果）。

关键问题出在跨类型派生对象的比较：
虽然基类的operator>理论上支持派生类的隐式转换，但在重载决议中，编译器可能无法正确选择这个候选。原因是：不同派生类之间没有直接的转换关系，编译器在处理跨类型比较时，可能误判候选的优先级，甚至在某些情况下触发对象地址的比较（而非成员变量的比较），导致结果不符合预期。

解决方案：确保跨类型比较只使用基类逻辑 #

要让默认太空船运算符的行为和手动定义的一致，你需要禁止派生类生成自己的默认比较运算符，并明确指定跨类型比较使用基类的逻辑：

方法1：将基类的operator<=>定义为成员函数

将基类的三路比较运算符改为成员函数，而非友元，这样派生类的隐式转换会更明确：

class ITimestampWrapper {
public:
    ITimestampWrapper() noexcept : _timestamp(std::chrono::steady_clock::now()) { }
    explicit ITimestampWrapper(std::chrono::steady_clock::time_point timestamp) noexcept : _timestamp(timestamp) { }
#ifdef USE_SPACESHIP
    // 成员函数形式的三路比较运算符
    auto operator<=>(const ITimestampWrapper& rhs) const = default;
#else
    friend bool operator<(const ITimestampWrapper& lhs, const ITimestampWrapper& rhs) {
        return lhs._timestamp < rhs._timestamp;
    }
    friend bool operator>(const ITimestampWrapper& lhs, const ITimestampWrapper& rhs) {
        return lhs._timestamp > rhs._timestamp;
    }
#endif
    virtual ~ITimestampWrapper() = default;
private:
    std::chrono::steady_clock::time_point _timestamp;
};

方法2：显式禁用派生类的默认比较运算符

在派生类中删除自己的默认比较运算符，强制编译器使用基类的逻辑：

class testClass : public ITimestampWrapper {
public:
    testClass() = default;
    explicit testClass(std::chrono::steady_clock::time_point test) : ITimestampWrapper(test) { }
    int _x = 0;
    // 删除派生类自己的默认比较运算符，强制使用基类逻辑
    auto operator<=>(const testClass&) const = delete;
};

class testClass2 : public ITimestampWrapper {
public:
    testClass2() = default;
    explicit testClass2(std::chrono::steady_clock::time_point test) : ITimestampWrapper(test) { }
    int _x = 0;
    auto operator<=>(const testClass2&) const = delete;
};

总结 #

手动定义的比较运算符通过明确的非成员函数签名，确保所有派生类对象的比较都切片到基类，行为一致。而默认生成的太空船运算符会导致派生类生成自己的比较运算符，在跨类型比较时可能触发重载决议的问题，导致不符合预期的行为。通过调整基类比较运算符的定义方式，或显式禁用派生类的默认比较运算符，可以解决这个问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者HowP