小于号重载须注意的问题——strict weak ordering
2014-07-12 14:36
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这是今天写程序中遇到的两个诡异的问题。我的 IDE 是 VC++2005 ExpressiEdition 。
第一个问题是关于 map 的。话不多说,以下 20 多行的 C++ 代码重现了我遇到的问题:
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
struct S
{
int x, y;
S(int xx, int yy): x(xx), y(yy) {}
bool operator <(const S& s) const {
return x < s.x && y < s.y;
}
};
map<S, int > ms;
int main()
{
ms.insert(map<S, int >::value_type(S(31, 41), 59));
S test(31, 59);
if (ms.find(test) != ms.end()) {
cout << "Find the value: " << ms[test] << endl;
} else {
cout << "Find Failure/n" ;
}
return 0;
}
使用 VC++6.0 , VC++2005
Express Edition, VC++2005 command line compiler( 不带任何编译选项 ) , g++ 测试的结果都相同,最后输出:
Find the value: 59
这个问题比较隐蔽。多个编译器测试结果相同说明肯定不是编译器版本相关的问题。直接调试进入 find 函数就可以明白:
iterator find(const key_type& _Keyval)
{ // find an element in mutable sequence that matches _Keyval
iterator _Where = lower_bound(_Keyval);
return (_Where == end()
|| _DEBUG_LT_PRED(this ->comp,
_Keyval, _Key(_Where._Mynode()))
? end() : _Where);
}
虽然这样调试会遇到一些 STL 内部的细节,但整体实现思路还是可看出来。在 find 函数中, lower_bound 返回值是结点 (31,
41) 。跟踪进入,发现调用的 _DEBUG_LT_PRED 的定义如下:
#define _DEBUG_LT_PRED(pred,
x, y) _Debug_lt_pred(pred, x, y, __FILEW__, __LINE__)
template <class _Pr, class _Ty1, class _Ty2> inline
bool __CLRCALL_OR_CDECL _Debug_lt_pred(_Pr _Pred, const _Ty1& _Left, const _Ty2&
_Right,
const wchar_t *_Where, unsigned int _Line)
{ // test if _Pred(_Left, _Right) and _Pred is strict weak ordering
if (!_Pred(_Left, _Right))
return (false );
else if (_Pred(_Right, _Left))
_DEBUG_ERROR2("invalid operator<" , _Where, _Line);
return (true );
}
( 注:关于 _Debug_lt_pred 函数有三个重载版本,分别是针对参数 _Left,
_Right 的 const 性质的,看这些代码能学到很多东西。另外,如果静态地看这些代码来分析自己程序中的错误,则因为有大量的重载函数,所以静态分析时很难自己确定到底哪一个函数被调用,而动态调试就能一步到位。 )
从这个函数的代码里大致就能看出问题所在了。猜测这里的 _Pred 参数就是自己在 struct 里定义的那个 operator
<,编译器中看到 _Pred 的 value 是 {lessthan } , type 是 std::less <S> ,但这里有更大的发现: strict
weak ordering!!! 自己 C++ 功底很浅,这是一个新的发现,马上 google 一下 ”strict
weak ordering” 这个关键词,果然发现大量的专题链接!暂且先放下这个主题。问题猜测肯定是出在 operator
< 这个函数上了,因为根据自己的operator
< 定义: {31,
41} < {31, 59} 返回值是 false , {31,
59} < {31, 41} 的返回值也是 false ,那么,由这两个比较能得出结论: {31,
41} == {31, 59} !!! 这也无怪乎程序运行会返回不期望的结果了。
但这也只是猜测,继续调试,看能不能找到 _Pred 函数的真实面目。上面说了从编译器中看出 _Pred 的 type 是std::less <S> ,在 MSDN 中找到 less 是 STL 中的一个模板类,以下是在 MSDN 中看到的定义:
[/code]
The template class defines its member function as returning
ordering , even if
我们接着调试,跟踪进入 _Pred 函数,发现它的定义如下:
template <class _Ty>
struct less
: public binary_function<_Ty, _Ty, bool >
{ // functor for operator<
bool operator ()(const _Ty& _Left, const _Ty&
_Right) const
{ // apply operator< to operands
return (_Left < _Right);
}
};
它最终比较 _Left 和 _Right 时调用的正是 struct S 中定义的 operator
< 。
至此,问题真相大白。还遗留两个主题:一个是关于 strict
weak ordering ,另一个是 STL 中的一些实现方法,因为以上只是跟踪调试过程把沿途看到的东西机械地记录了下来,并不是真正的理解。
无独有偶,今天遇到另一个问题,关于 STL 中的 sort 函数的问题,这个问题是唯独在 VC++
2005 Express Edition中才出现的,并且在命令行下使用 cl.exe 不带任何选项编译连接时正常,使用 g++ 也正常。问题的表现就是程序在运行时出现异常,信息是: ”invalid
operator <” 。这个问题就不再重现调试了,它的解决方法见下列地址:
http://support.microsoft.com/kb/949171
strict weak ordering 是一个数学上的术语,刚刚给出的这个地址上面有关于 strict
weak ordering 的简明的解释,贴过来:
The STL algorithms for stable_sort ( ) and sort() require the binary predicate to be strict weak ordering.
For example:
· Strict: pred (X, X) is always false.
· Weak: If ! pred (X, Y) && !pred (Y, X), X==Y.
· Ordering: If pred (X, Y) && pred (Y, Z), then pred (X, Z).
第一个问题是关于 map 的。话不多说,以下 20 多行的 C++ 代码重现了我遇到的问题:
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
struct S
{
int x, y;
S(int xx, int yy): x(xx), y(yy) {}
bool operator <(const S& s) const {
return x < s.x && y < s.y;
}
};
map<S, int > ms;
int main()
{
ms.insert(map<S, int >::value_type(S(31, 41), 59));
S test(31, 59);
if (ms.find(test) != ms.end()) {
cout << "Find the value: " << ms[test] << endl;
} else {
cout << "Find Failure/n" ;
}
return 0;
}
使用 VC++6.0 , VC++2005
Express Edition, VC++2005 command line compiler( 不带任何编译选项 ) , g++ 测试的结果都相同,最后输出:
Find the value: 59
这个问题比较隐蔽。多个编译器测试结果相同说明肯定不是编译器版本相关的问题。直接调试进入 find 函数就可以明白:
iterator find(const key_type& _Keyval)
{ // find an element in mutable sequence that matches _Keyval
iterator _Where = lower_bound(_Keyval);
return (_Where == end()
|| _DEBUG_LT_PRED(this ->comp,
_Keyval, _Key(_Where._Mynode()))
? end() : _Where);
}
虽然这样调试会遇到一些 STL 内部的细节,但整体实现思路还是可看出来。在 find 函数中, lower_bound 返回值是结点 (31,
41) 。跟踪进入,发现调用的 _DEBUG_LT_PRED 的定义如下:
#define _DEBUG_LT_PRED(pred,
x, y) _Debug_lt_pred(pred, x, y, __FILEW__, __LINE__)
template <class _Pr, class _Ty1, class _Ty2> inline
bool __CLRCALL_OR_CDECL _Debug_lt_pred(_Pr _Pred, const _Ty1& _Left, const _Ty2&
_Right,
const wchar_t *_Where, unsigned int _Line)
{ // test if _Pred(_Left, _Right) and _Pred is strict weak ordering
if (!_Pred(_Left, _Right))
return (false );
else if (_Pred(_Right, _Left))
_DEBUG_ERROR2("invalid operator<" , _Where, _Line);
return (true );
}
( 注:关于 _Debug_lt_pred 函数有三个重载版本,分别是针对参数 _Left,
_Right 的 const 性质的,看这些代码能学到很多东西。另外,如果静态地看这些代码来分析自己程序中的错误,则因为有大量的重载函数,所以静态分析时很难自己确定到底哪一个函数被调用,而动态调试就能一步到位。 )
从这个函数的代码里大致就能看出问题所在了。猜测这里的 _Pred 参数就是自己在 struct 里定义的那个 operator
<,编译器中看到 _Pred 的 value 是 {lessthan } , type 是 std::less <S> ,但这里有更大的发现: strict
weak ordering!!! 自己 C++ 功底很浅,这是一个新的发现,马上 google 一下 ”strict
weak ordering” 这个关键词,果然发现大量的专题链接!暂且先放下这个主题。问题猜测肯定是出在 operator
< 这个函数上了,因为根据自己的operator
< 定义: {31,
41} < {31, 59} 返回值是 false , {31,
59} < {31, 41} 的返回值也是 false ,那么,由这两个比较能得出结论: {31,
41} == {31, 59} !!! 这也无怪乎程序运行会返回不期望的结果了。
但这也只是猜测,继续调试,看能不能找到 _Pred 函数的真实面目。上面说了从编译器中看出 _Pred 的 type 是std::less <S> ,在 MSDN 中找到 less 是 STL 中的一个模板类,以下是在 MSDN 中看到的定义:
less
less
template<class T> struct less : public binary_function <T, T, bool> { bool operator() (const T& x, const T& y) const; };
[/code]
The template class defines its member function as returning
x < y. The member function defines a total
ordering , even if
Tis an object pointer type.
我们接着调试,跟踪进入 _Pred 函数,发现它的定义如下:
template <class _Ty>
struct less
: public binary_function<_Ty, _Ty, bool >
{ // functor for operator<
bool operator ()(const _Ty& _Left, const _Ty&
_Right) const
{ // apply operator< to operands
return (_Left < _Right);
}
};
它最终比较 _Left 和 _Right 时调用的正是 struct S 中定义的 operator
< 。
至此,问题真相大白。还遗留两个主题:一个是关于 strict
weak ordering ,另一个是 STL 中的一些实现方法,因为以上只是跟踪调试过程把沿途看到的东西机械地记录了下来,并不是真正的理解。
无独有偶,今天遇到另一个问题,关于 STL 中的 sort 函数的问题,这个问题是唯独在 VC++
2005 Express Edition中才出现的,并且在命令行下使用 cl.exe 不带任何选项编译连接时正常,使用 g++ 也正常。问题的表现就是程序在运行时出现异常,信息是: ”invalid
operator <” 。这个问题就不再重现调试了,它的解决方法见下列地址:
http://support.microsoft.com/kb/949171
strict weak ordering 是一个数学上的术语,刚刚给出的这个地址上面有关于 strict
weak ordering 的简明的解释,贴过来:
The STL algorithms for stable_sort ( ) and sort() require the binary predicate to be strict weak ordering.
For example:
· Strict: pred (X, X) is always false.
· Weak: If ! pred (X, Y) && !pred (Y, X), X==Y.
· Ordering: If pred (X, Y) && pred (Y, Z), then pred (X, Z).
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