map key是结构体的find问题:小于号重载须注意的问题 strict weak ordering

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:

less

less

template<class T>
struct less : public binary_function <T, T, bool> {
bool operator() (const T& x, const T& y) const;
};

The template class defines its member function as returning x < y . The member function defines a total ordering , even if T is 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).

你可能感兴趣的:(struct,less,iterator,express,编译器,returning)