CRTP-ed std::vectors - 编程之家

如何解决CRTP-ed std::vectors

在 this article 中，我偶然发现了这段晦涩的代码（随意呈现，就像这是一个完全正常的 C++ 代码）：

struct Tree : std::vector<Tree> {};

然后创建并比较两棵树（参见the demo）：

Tree tree(size_t h)
{
  Tree s;
  if (h > 0)
    s.insert(s.end(),2,tree(h - 1));
  return s;
}

int main()
{
  size_t h = 15;
  Tree s1 = tree(h);
  Tree s2 = tree(h);
  clock_t t = clock();
  s1 < s2;
  double d = clock() - t;
  d /= CLOCKS_PER_SEC;
  std::cout << d << std::endl; // 4.1s
}

经过一番思考后，我意识到这种比较似乎是合法的，并且总是会产生错误。

文章的思路是，由于C++17用std::lexicographical_compare实现了向量的比较，将两个序列中对应的元素a和b比较为{{1} } 和 a<b（参见 cpppreference 的“可能的实现”部分），像上面的 b<a 这样的深层结构的性能将在深度上呈二次方下降。确实如此。

文章也说三路比较没有这样的问题。但是等等，这正是 C++20 中出现的 Tree。但这里有一个警告。

此代码无法在 C++20 中编译：

operator<=>

这是我的问题。这个编译错误是编译器中的一个错误，还是这段代码实际上格式错误？如果代码格式错误，是仅适用于 C++20 还是适用于 C++17 和 C++20？（后者意味着此代码只能在 C++17 下偶然编译）。

解决方法

这里的问题是约束递归。

在 C++17 中，vector<T> 的 operator< 有一个先决条件，即 < 是为 T 定义的，但 libstdc++ 没有检查这一点。他们的实现was basically：

template <typename T>
inline bool operator<(vector<T> const& a,vector<T> const& b) {
    return lexicographical_compare(a.begin(),a.end(),b.begin(),b.end());
}

这...只是有效。

但在 C++20 中，vector<T> 改为 operator<=>，它有一个约束：

template <typename T>
    // this checks either <=> or <
    requires synth_3way_comparable<T>
auto operator<=>(vector<T> const& a,vector<T> const& b) { ... }

这里的问题是：为了弄清楚Tree是三路可比的，我们必须弄清楚我们是否可以在两个<=>上调用Tree，其中找到这个 operator<=>(vector<Tree>,vector<Tree>) 候选，它只在 Tree 是三路可比的时候才定义，所以我们必须弄清楚我们是否可以在两个 <=> 上调用 Tree，哪个发现...

所以...不起作用，也不能工作。

不幸的是，这甚至不是一个问题：只需将 == 和 <=> 添加到 Tree，因为 vector 的 <=> 仍将是候选人并且只是问它是否有效的问题就爆炸了。

因此，这不是在 C++20 中实现比较的可行策略。您将无法像这样继承 vector。您只需将其添加为成员即可。

此代码在 C++17 中格式良好，在 C++20 中格式错误。

考虑以下两个 2 高的树：

struct Tree : std::vector<Tree> {};

int main() {
  Tree s1 = tree(1);
  Tree s2 = tree(1);
  s1 < s2;
}

在 C++17 中，我们只调用 vector 的 operator<：

bool operator<(const vector<Tree>& x,const vector<Tree>& y) { 
  return std::lexicographical_compare(x.begin(),x.end(),y.begin(),y.end()); 
}

这将调用 std::lexicographical_compare：

template <class InputIt1,class InputIt2>
bool lexicographical_compare(InputIt1 first1,InputIt1 last1,InputIt2 first2,InputIt2 last2) {
  for (; (first1 != last1) && (first2 != last2); ++first1,(void)++first2) {
    if (*first1 < *first2) return true;
    if (*first2 < *first1) return false;
  }
  return (first1 == last1) && (first2 != last2);
}

首先比较*first1 < *first2，*first1是s1的左结点，*first2是s2的左结点，它们的类型是{ {1}}，因此我们返回来比较两个 Tree。目前，我们没有 Tree 的 operator<，所以我们回到调用他们基地的 Tree 就像我们第一次做的那样：

operator<

但这一次，两个节点的基数bool operator<(const vector<Tree>& x,y.end()); }实际上是空的，所以在更深的vector函数中，我们只是返回false。第二个比较 lexicographical_compare 遵循相同的程序。

到此为止，我们完成了左节点比较，然后我们可以*first2 < *first1继续右节点比较。

在 C++20 中，++first1,(void)++first2 重写为：

s1 < s2

所以我们称(s1 <=> s2) < 0的{{1}}：

vector

compare_three_way() 约束 operator<=> 的 auto operator<=>(const vector<Tree>& x,const vector<Tree>& y) { return std::lexicographical_compare_three_way( x.begin(),y.end(),std::compare_three_way() ); }，即 value_type 必须满足 std::three_way_comparable_with 概念，但我们没有定义任何 {{1} } 为 vector，所以我们得到 Tree。