在C++中，特殊成员函数（special member functions）由编译器隐式声明并可能生成，包括默认构造函数、析构函数、拷贝/移动构造与赋值，以及新引入的默认比较运算符。这些函数的生成规则取决于用户声明、成员类型和基类。规则设计鼓励零规则（Rule of Zero）：依赖编译器默认行为管理资源，避免自定义。

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1. 特殊成员函数种类

C++20中共8种：

  1. 默认构造函数 T() noexcept;
  2. 析构函数 ~T();
  3. 拷贝构造函数 T(const T&);
  4. 拷贝赋值运算符 T& operator=(const T&);
  5. 移动构造函数 T(T&&) noexcept;
  6. 移动赋值运算符 T& operator=(T&&) noexcept;
  7. 默认等于运算符（C++20）bool operator==(const T&) const;
  8. 三路比较运算符（C++20）std::strong_ordering operator<=>(const T&) const noexcept;

2. 生成规则详解（C++20）

2.1 默认构造函数

  • 生成：无用户声明任何构造函数时生成。
  • 行为：成员默认初始化（内置类型值初始化为零，类类型调用其默认ctor）。
  • 抑制：用户声明任何ctor，或有不可默认构造成员/基类（const/引用无初始化器）。
  • 控制：= default; 生成，= delete; 禁止。

2.2 析构函数

  • 生成：无用户声明时总是生成（trivial若可能）。
  • 行为：逆序销毁成员/基类。
  • noexcept：默认noexcept(true)。
  • 抑制：用户声明（含= default）。
  • 最佳：基类用虚析构= default;。

2.3 拷贝构造函数

  • 生成：无用户声明拷贝ctor、移动ctor或移动assign时。
  • 行为：成员/基类逐拷贝。
  • 抑制（C++11起）：用户声明移动ctor/assign，或不可拷贝成员/基类。
  • 控制：= default/delete;。

2.4 拷贝赋值运算符

  • 生成：无用户声明拷贝assign、移动ctor或移动assign时。
  • 行为：成员/基类逐赋值（self-assign安全）。
  • 抑制：用户声明移动ctor/assign，或不可赋值成员/基类。
  • 控制：= default/delete;。

2.5 移动构造函数

  • 生成：无用户声明拷贝ctor、拷贝assign、移动ctor、移动assign或析构时。
  • 行为：成员/基类逐移动（内置类型位拷贝）。
  • 抑制：用户声明拷贝ctor/assign、移动assign、析构，或不可移动成员/基类。
  • noexcept：若所有移动操作noexcept，则noexcept。
  • 控制：= default/delete;。

2.6 移动赋值运算符

  • 生成：同移动ctor。
  • 行为：释放旧资源，逐移动赋值。
  • 抑制：同移动ctor。
  • noexcept：同上。
  • 控制：= default/delete;。

2.7 默认等于运算符（C++20）

  • 生成：无用户声明==或<=>时。
  • 行为：成员/基类逐==（等价关系）。
  • 签名：bool operator==(const T&) const = default;
  • 抑制：不可==成员/基类（无公开==），或union有const/引用无brace-init成员。
  • 控制：= default;（若可能），= delete;。

2.8 三路比较运算符（C++20）

  • 生成：无用户声明<=>、==、operator<、operator>等6个比较时。
  • 行为：成员/基类逐<=>，返回strong_ordering（若异质则partial_ordering等）。
  • 签名：strong_ordering operator<=>(const T&) const noexcept = default;
  • 抑制：不可<=>成员/基类，或有异质比较需求。
  • 隐式生成：<=>隐式生成==、!=、<、>、<=、>=。
  • 控制：= default;（指定strong_ordering/partial_ordering/weak_ordering），= delete;。

3. 生成规则总结表

特殊函数默认生成条件主要抑制条件
默认ctor无任何ctor声明任何ctor声明，不可默认构造成员
析构无声明用户声明
拷贝ctor无拷贝ctor/移动ctor/移动assign移动ctor/assign声明，不可拷贝成员
拷贝assign无拷贝assign/移动ctor/移动assign移动ctor/assign声明，不可赋值成员
移动ctor无拷贝ctor/assign/移动ctor/assign/析构拷贝/析构声明，不可移动成员
移动assign同移动ctor同移动ctor
== (C++20)无==/<=>声明不可==成员/基类
<=> (C++20)无比较运算符声明不可<=>成员/基类

4. C++20变化与最佳实践

  • 比较运算符：自动化成员比较，简化==/<等。= default; <=> 隐式所有6运算符。
  • Rule of Zero：优先标准容器（如unique_ptr），零自定义特殊函数。
  • Rule of Five：自定义资源管理时定义析构+4拷贝/移动。
  • noexcept：移动操作标noexcept提升容器性能（vector resize等）。
  • 删除传播：不可拷贝成员使类不可拷贝。
  • 简洁：避免边界case，用= default/delete明确意图。复杂继承/资源用组合。

5. 示例

#include <iostream>
#include <compare>  // std::strong_ordering

struct Point {
    int x, y;
    auto operator<=>(const Point&) const = default;  // 生成所有比较
};

struct Movable {
    int* ptr;
    Movable() = default;
    ~Movable() { delete ptr; }
    Movable(const Movable&) : ptr(new int(*other.ptr)) {}  // 自定义拷贝
    Movable& operator=(const Movable&) { /* impl */ return *this; }
    // 移动隐式删除，因自定义析构/拷贝
    Movable(Movable&&) = default;  // 显式启用
};

int main() {
    Point p1{1,2}, p2{1,2};
    std::cout << (p1 == p2) << '\n';  // true，隐式==

    Movable m;  // 默认ctor
    return 0;
}

6. 常见陷阱

  • 移动被抑制：自定义析构/拷贝→无隐式移动，标= default;。
  • 比较union：const/引用成员需小心。
  • 异质比较：<=>需指定partial_ordering。
  • 虚函数：有虚析构→比较非const。

此规则确保零开销抽象，遵循KISS：简单胜于复杂。