C++中哪些运算符应定义为成员、友元或非成员函数？

1. 无operator+=场景下，operator+是否需要声明为友元？ #

• 二者没有直接关联，operator+是否需要声明为友元的唯一判断标准是：它是否需要访问类的私有/保护成员。
• 常规实现中我们会用公有成员operator+=来实现非成员operator+：先拷贝左操作数，再调用拷贝对象的operator+=后返回结果，这种场景下operator+不需要访问私有成员，自然不需要声明为友元。
• 若没有实现operator+=，分两种情况处理：
  • 如果类提供了公有的getter接口，可以拿到运算需要的所有内部状态，直接在非成员operator+中通过getter取值计算即可，不需要友元。
  • 如果没有对应公有接口，operator+需要直接访问类私有成员，就需要将其声明为类的友元。
    示例代码：

class Rational {
    int num, den;
public:
    Rational(int n, int d) : num(n), den(d) {}
    // 提供公有getter，operator+无需声明为友元
    int numerator() const { return num; }
    int denominator() const { return den; }
};

// 非成员operator+，通过公有接口访问内部状态即可完成运算
Rational operator+(const Rational& a, const Rational& b) {
    return Rational(
        a.numerator() * b.denominator() + b.numerator() * a.denominator(),
        a.denominator() * b.denominator()
    );
}

如果移除上面的两个getter接口，就需要把operator+声明为Rational的友元才能访问私有成员num和den。

2. <、>、>=、<=是否属于要定义为非成员的对称运算符？ #

• 这里提到的对称指的是运算符两侧操作数支持对称的隐式类型转换，和运算逻辑上A op B是否等价于B op A无关，因此<、>、>=、<=也属于这类需要优先定义为非成员的运算符。
• 举个实际场景：如果你的类支持隐式构造（比如Rational类有非explicit的Rational(int)构造函数），要让r < 1和1 < r都能正常编译，就必须把<定义为非成员函数：如果定义为成员函数，1 < r中字面量1无法被转换为类的this指针，会编译失败。
• 这类比较运算符是否需要声明为友元的判断逻辑和上文一致：如果可以通过公有接口完成比较逻辑，就不需要友元，否则需要声明为友元。
• 补充：C++20标准引入了三路比较运算符operator<=>，仅需要默认实现该运算符，编译器就会自动生成所有比较运算符，不需要手动逐一实现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Raea6789