std::set 和 < 运算符重载的奇怪行为？

Posted 2023-02-22

【中文标题】std::set 和 < 运算符重载的奇怪行为？

【英文标题】：Strange Behavior of std::set and < Operator Overloading?

【发布时间】：2017-10-30 03:52:25

【问题描述】：

我了解，如果 < 运算符在 C++ 中被重载（例如，将自定义结构插入到 std::set），则实现必须是基础类型之上的 strict weak order。

考虑以下struct 和实现。这个实现不是严格的弱顺序，但是代码编译和运行不会抛出错误（考虑到严格的弱顺序的要求，我希望它会抛出错误）：

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

struct Pixel 
    int x;
    int y;
;

bool operator < (Pixel lhs, Pixel rhs)
    return lhs.x < rhs.x || lhs.y < rhs.y;
;

int main()
    set<Pixel> mySet;

    Pixel *newPixelA = new Pixel;
    newPixelA->x = 1;
    newPixelA->y = 3;

    Pixel *newPixelB = new Pixel;
    newPixelB->x = 4;
    newPixelB->y = 2;

    mySet.insert(*newPixelA);
    mySet.insert(*newPixelB);

这是预期的行为吗？编辑：使用 Xcode。

【问题讨论】：

未定义的行为是未定义的。 “似乎有效”是未定义行为的一种可能表现形式。

您的“似乎有效”确实是对您观察到的内容的准确描述。还不清楚为什么要动态分配源对象以进行插入。

尝试超过 2 个项目。Visual Studio 在调试版本中立即抛出异常。

既然你期望它会抛出一个错误而它不会，你为什么说它“看起来工作得很好”？难道它没有做你应该期望它做的与正常工作相反的事情吗？

简短回答：如果您的比较函数不符合要求，则您的代码具有未定义的行为。您可能会收到某种错误消息，或者它似乎可以工作，或者几乎是其他任何东西。该标准对结果没有任何要求。

【参考方案1】：

编译器无法确定您的operator< 是否是严格的弱排序。相反，std::set 要求这样做的意思是，只有给它一个严格的弱排序，它才能正常工作。如果你给它其他东西，它不保证会发生什么。

一般来说，当 C++ 需要某些东西时，它的意思是您有责任确保某事发生。如果你这样做了，那么编译器和库将保证你得到正确的结果。

【参考方案2】：

如果满足比较器要求，标准可保证预期行为。否则，会发生什么取决于实现和数据集。您的比较函数可能适用于某些数据集（对于所有点，更大的 x 意味着更大的 y）。 Set 不能包含相等的元素（作为一个数学概念），对于std::set，等价意味着相等，所以如果已经有值a，它只会阻止您插入值b，这样：

a < b == true
b < a == true

即使a 可能不等于b

【参考方案3】：

当比较运算符对包含的元素执行严格的弱排序时，std::set 中的对象以可预测的模式排序。如果不是，则当您遍历对象时，不知道哪个对象首先出现在 std::set 中。

以下面的示例程序为例，其中Pixel1 的排序不正确，Pixel2 的排序正确。

#include <iostream>
#include <set>

struct Pixel1 
    int x;
    int y;
;

bool operator < (Pixel1 lhs, Pixel1 rhs)
    return lhs.x < rhs.x || lhs.y < rhs.y;
;

struct Pixel2 
    int x;
    int y;
;

bool operator < (Pixel2 lhs, Pixel2 rhs)
    if ( lhs.x != rhs.x )
    
       return (lhs.x < rhs.x);
    
    return (lhs.y < rhs.y);
;

template <typename Pixel> void print(std::set<Pixel> const& mySet)

   for ( Pixel p : mySet )
   
      std::cout << "(" << p.x << ", " << p.y << ") ";
   
   std::cout << std::endl;


template <typename Pixel> void test1()

   std::set<Pixel> mySet;

   Pixel pixelA = 2, 3;
   Pixel pixelB = 4, 2;
   Pixel pixelC = 4, 1;

   mySet.insert(pixelA);
   mySet.insert(pixelB);
   mySet.insert(pixelC);

   print(mySet);


template <typename Pixel> void test2()

   std::set<Pixel> mySet;

   Pixel pixelA = 2, 3;
   Pixel pixelB = 4, 2;
   Pixel pixelC = 4, 1;

   mySet.insert(pixelB);
   mySet.insert(pixelA);
   mySet.insert(pixelC);

   print(mySet);


int main()

   std::cout << "Pixel1 ... \n";
   test1<Pixel1>();
   test2<Pixel1>();

   std::cout << "Pixel2 ... \n";
   test1<Pixel2>();
   test2<Pixel2>();

输出

Pixel1 ... 
(4, 1) (4, 2) (2, 3) 
(4, 1) (2, 3) (4, 2) 
Pixel2 ... 
(2, 3) (4, 1) (4, 2) 
(2, 3) (4, 1) (4, 2) 

std::set<Pixel1> 中对象的顺序取决于插入顺序，而std::set<Pixel2> 中对象的顺序与插入顺序无关。

只有你自己才能判断这在你的应用程序中是否可以接受，