面试题：C++普通函数实现运算符重载在复杂模板元编程中的应用

设计思路

类型安全：利用模板元编程在编译期检查类型，确保参与运算的类型符合预期。通过模板参数推导和SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）机制，排除不支持的类型组合。
高效运算：借助模板特化，针对特定类型组合提供优化的实现。编译期计算可以避免运行时的额外开销，如条件判断和函数调用开销。同时，编译器可以对模板实例化的代码进行优化。
普通函数实现运算符重载：使用普通函数而不是成员函数进行运算符重载，这样可以更好地支持非成员类型（如自定义结构体）的运算，并且在模板元编程场景中更灵活。普通函数可以通过友元函数访问类的私有成员，同时也方便利用命名空间进行函数重载管理。

关键代码示例

#include <iostream>

// 模板元编程工具，用于判断类型是否为数值类型
template<typename T>
struct IsNumeric {
    static constexpr bool value = false;
};

template<>
struct IsNumeric<int> {
    static constexpr bool value = true;
};

template<>
struct IsNumeric<double> {
    static constexpr bool value = true;
};

// 普通函数实现加法运算符重载
template<typename T, typename U, 
         typename = std::enable_if_t<IsNumeric<T>::value && IsNumeric<U>::value>>
auto operator+(T a, U b) {
    return a + b;
}

// 示例自定义类型
struct Complex {
    double real;
    double imag;

    // 友元函数声明，以便访问私有成员（如果有）
    friend Complex operator+(const Complex& a, const Complex& b);
};

// 针对Complex类型的加法运算符重载
Complex operator+(const Complex& a, const Complex& b) {
    return {a.real + b.real, a.imag + b.imag};
}

int main() {
    int a = 5;
    double b = 3.5;
    auto result1 = a + b;
    std::cout << "result1: " << result1 << std::endl;

    Complex c1 = {1.0, 2.0};
    Complex c2 = {3.0, 4.0};
    Complex result2 = c1 + c2;
    std::cout << "result2: (" << result2.real << ", " << result2.imag << ")" << std::endl;

    return 0;
}

上述代码中：

IsNumeric 模板结构体用于判断类型是否为数值类型，通过特化实现对 int 和 double 的支持。
operator+ 模板函数利用 std::enable_if_t 和 IsNumeric 实现类型安全，只允许数值类型参与运算。
针对自定义类型 Complex，通过普通函数重载 operator+ 实现复数加法。这样既保证了类型安全，又利用模板元编程和普通函数运算符重载实现了高效的运算。

面试题：C++普通函数实现运算符重载在复杂模板元编程中的应用

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