使用自定义 less 运算符实现迭代 std::map 会得到它包含的更少元素

Question

假设我有以下简单程序 (http://cpp.sh/5sygh):

#include <map>
#include <iostream>

using Key = std::pair<unsigned long, unsigned long long>;

struct KeyLess {
  bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs) {
      if (lhs.first < rhs.first) {
        return  true;
      }

      if (lhs.second < rhs.second) {
        return true;
      }

      return false;
  }
};

int main() {
    std::map< Key , int, KeyLess> m;
    m[Key{2, 169}] = 1;
    m[Key{1, 255}] = 2;
    m[Key{1, 391}] = 3;
    m[Key{1, 475}] = 4;

    std::cout << "Elements in map: " << m.size() << std::endl;     
    for(const auto &x: m) {
        std::cout <<"Value: "<< x.second << std::endl;
    }
}

输出仅包含 2 个项目，而不是地图中的 4 个项目：

Elements in map: 4
Value: 2
Value: 1

我在这里想念什么？

Answer 1

你的 less 运算符应该是：

struct KeyLess {
  bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs) {
      if (lhs.first < rhs.first) {
        return  true;
      }

      if (lhs.first == rhs.first && lhs.second < rhs.second) {
        return true;
      }

      return false;
  }
};

比较具有多个元素的结构时，将结构视为单词，将元素视为字符可能会有所帮助。

通过此修改，less 运算符按字典顺序工作，即在排序时比较两个相同长度的单词的方式：继续比较下一个位置，而单词在当前位置具有相同的字符，并且决定当前位置的字符何时不同。如果您到达两个单词的末尾，则单词相等。

Answer 2

您的比较功能不符合strict weak ordering的要求。

在 SWO 中，如果 A < B，且 B < C，则 A 必须小于 C。还通过查看两个值是否不小于彼此来检查键是否相等。如果 (!(a<b) && !(b<a)) 则 a == b。两个键不能都小于对方。

对于你的钥匙和使用你的比较功能

Key{2, 169} < Key{1, 255} // this is true because 169 < 255
Key{1, 255} < Key{2, 169} // this is also true because 1 < 2

显然这是个问题，因为使用您的比较器，这两个键的比较结果都比彼此差。

我建议的解决方案：由于您的键是 std::pair，因此您不需要定义新的比较器。 std::pair 已经默认使用字典顺序比较。

Answer 3

您可以通过使用 std::tie.

隐藏比较器的复杂性并解决错误（@MarkoMahnič 已解释）

bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs)
{
   return std::tie(lhs.first, lhs.second) < std::tie(rhs.first, rhs.second);
}

Answer 4

您的比较器不符合std::map的要求，需要提供一个strict weak ordering。幸运的是，如果您需要比较多个值，std::tuple 会为您实现此功能：

struct KeyLess {
  bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs) {
      return std::tie(lhs.first, lhs.second) < std::tie(rhs.first, rhs.second);
  }
};

在您的情况下，您实际上根本不需要自定义比较器，因为 std::pair 的 < 运算符已经具有相同的行为。

Answer 5

您的 KeyLess 代码导致不正确的比较：

KeyLess cmp;
std::cout << cmp(Key{2, 169},Key{1, 391})<< std::endl;  // yields true
std::cout << cmp(Key{1, 391},Key{2, 169})<< std::endl;  // yields true

当两个比较都为假时，这意味着键是相等的，当它们为真时，映射迭代器的行为未定义。这与地图对其元素进行排序有关。

请注意，operator()需要const，否则程序可能无法使用标准 C++17 及更高版本进行编译。作为可能的变体：

#include <map>
#include <iostream>

using Key = std::pair<unsigned long, unsigned long long>;

struct KeyLess {
  bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs) const {
      if (lhs.first < rhs.first) {
        return  true;
      }
      else  if (lhs.first > rhs.first)
          return  false;

      if (lhs.second < rhs.second) {
        return true;
      }

      return false;
  }
};


int main() 
{
    std::map< Key , int, KeyLess > m;
    m[Key{2, 169}] = 1;
    m[Key{1, 255}] = 2;
    m[Key{1, 391}] = 3;
    m[Key{1, 475}] = 4;

    std::cout << "Elements in map: " << m.size() << std::endl;     
    for(const auto &[key, value]: m) {
        std::cout << "Key: " << key.first << ", " << key.second << " Value: "<< value << std::endl;
    }
}

使用自定义 less 运算符实现迭代 std::map 会得到它包含的更少元素

Iterating over std::map with custom less operator implementation gives less elements that it contains

c++

dictionary

c++11

stdmap

ranged-loops