Книга: Эффективное использование STL

Совет 42. Следите за тем, чтобы конструкция less означала operator

Совет 42. Следите за тем, чтобы конструкция less<T> означала operator<

Допустим, объект класса Widget обладает атрибутами weight и maxSpeed:

class Widget {
public:
 …
 size_t weight() const;
 size_t maxSpeed() const;
 …
}

Будем считать, что естественная сортировка объектов Widget осуществляется по атрибуту weight, что отражено в операторе < класса Widget:

bool operator<(const Widget& lhs, const Widget& rhs) {
 return lhs.weight()<rhs.weight();
}

Предположим, потребовалось создать контейнер multiset<Widget>, в котором объекты Widget отсортированы по атрибуту maxSpeed. Известно, что для контейнера multiset<Widget> используется функция сравнения less<Widget>, которая по умолчанию вызывает функцию operator< класса Widget. Может показаться, что единственный способ сортировки multiset<Widget> по атрибуту maxSpeed основан на разрыве связи между less<Widget> и operator< и специализации less<Widget> на сравнении атрибута maxSpeed:

template<>                // Специализация std::less
struct std::less<Widget>: // для Widget: такой подход
 public                   // считается крайне нежелательным!
 std::binаry_function<Widget,
Widget, // Базовый класс описан
  bool> { // в совете 40
 bool operator() (const Widget& lhs, const Widget& rhs) const {
  return lhs.maxSpeed() < rhs.maxSpeed();
 }
};

Поступать подобным образом не рекомендуется, но, возможно, совсем не по тем причинам, о которых вы подумали. Вас не удивляет, что этот фрагмент вообще компилируется? Многие программисты обращают внимание на то, что в приведенном фрагменте специализируется не обычный шаблон, а шаблон из пространства имен std. «Разве пространство std не должно быть местом священным, зарезервированным для разработчиков библиотек и недоступным для простых программистов? — спрашивают они. — Разве компилятор не должен отвергнуть любое вмешательство в творения бессмертных гуру C++?»

Вообще говоря, попытки модификации компонентов std действительно запрещены, поскольку их последствия могут оказаться непредсказуемыми, но в некоторых ситуациях минимальные изменения все же разрешены. А именно, программистам разрешается специализировать шаблоны std для пользовательских типов. Почти всегда существуют альтернативные решения, но в отдельных случаях такой подход вполне разумен. Например, разработчики классов умных указателей часто хотят, чтобы их классы при сортировке вели себя как встроенные указатели, поэтому специализация std::less для типов умных указателей встречается не так уж редко. Далее приведен фрагмент класса shared_ptr из библиотеки Boost, упоминающегося в советах 7 и 50:

namespace std {
 template<typename T>                // Специализация std::less
 struct less<boost::shared_ptr<T> >: // для boost::shared_ptr<T>
 public                              // (boost - пространство имен)
 binary_function<boost::shared_ptr<T>,
  boost::shared_ptr<T>, // Базовый класс описан
  bool> {               // в совете 40
  bool operator()(const boost::shared_ptr<T>& a,
   const boost::shared_ptr<T>& b) const {
   return less<T*>()(a.get(), b.get()); // shared_ptr::get возвращает
  }                                     // встроенный указатель
 };                                     // из объекта shared_ptr
}

В данном примере специализация выглядит вполне разумно, поскольку специализация less всего лишь гарантирует, что порядок сортировки умных указателей будет совпадать с порядком сортировки их встроенных аналогов. К сожалению, наша специализация less для класса Widget преподносит неприятный сюрприз.

Программисты C++ часто опираются на предположения. Например, они предполагают, что копирующие конструкторы действительно копируют (как показано в совете 8, невыполнение этого правила приводит к удивительным последствиям). Они предполагают, что в результате взятия адреса объекта вы получаете указатель на этот объект (в совете 18 рассказано, что может произойти в противном случае). Они предполагают, что адаптеры bind1st и not2 могут применяться к объектам функций (см. совет 40). Они предполагают, что оператор + выполняет сложение (кроме объектов string, но знак «+» традиционно используется для выполнения конкатенации строк), что оператор - вычитает, а оператор == проверяет равенство. И еще они предполагают, что функция less эквивалентна operator<.

В действительности operator< представляет собой нечто большее, чем реализацию less по умолчанию — он соответствует ожидаемому поведению less. Если less вместо вызова operator< делает что-либо другое, это нарушает ожидания программистов и вступает в противоречие с «принципом минимального удивления». Конечно, поступать так не стоит — особенно если без этого можно обойтись.

В STL нет ни одного случая использования less, когда программисту бы не предоставлялась возможность задать другой критерий сравнения. Вернемся к исходному примеру с контейнером multiset<Widget>, упорядоченному по атрибуту maxSpeed. Задача решается просто: для выполнения нужного сравнения достаточно создать класс функтора практически с любым именем, кроме less. Пример:

struct MaxSpeedCompare:
 public binary_function<Widget, Widget, bool> {
 bool operator()(const Widget& lhs, const Widget& rhs) const {
  return lhs.maxSpeed() < rhs.maxSpeed();
 }
};

При создании контейнера multiset достаточно указать тип сравнения MaxSpeedCompare, тем самым переопределяя тип сравнения по умолчанию (less<Widget>):

multiset<Widget, MaxSpeedCompare> widgets;

Смысл этой команды абсолютно очевиден: мы создаем контейнер multiset с элементами Widget, упорядоченными в соответствии с классом функтора MaxSpeedCompare. Сравните со следующим объявлением:

multiset<Widget> widgets;

В нем создается контейнер multiset объектов Widget, упорядоченных по стандартному критерию. Строго говоря, упорядочение производится по критерию less<Widget>, но большинство программистов будет полагать, что сортировка производится функцией operator<. Не нужно обманывать их ожидания и подменять определение less. Если вы хотите использовать less (явно или косвенно), проследите за тем, чтобы этот критерий был эквивалентен operator<. Если объекты должны сортироваться по другому критерию, создайте специальный класс функтора и назовите его как-нибудь иначе.

Оглавление книги