C++ 语言特性22 - 三向比较

一：概述

        C++20 引入了“三向比较运算符”（<=>），也称为“spaceship 运算符”，用来简化比较操作。这个运算符可以同时处理小于、大于和等于的比较，提供一个统一的接口来完成各种比较操作。

        1. 基本语法

auto result = lhs <=> rhs;/*
如果 lhs 小于 rhs，则返回负值（如 std::strong_ordering::less）。
如果 lhs 等于 rhs，则返回零值（如 std::strong_ordering::equal）。
如果 lhs 大于 rhs，则返回正值（如 std::strong_ordering::greater）
*/

         2. 返回结果

   三向比较运算符 <=> 生成一个比较结果对象，可以是以下三种类型之一：

• std::strong_ordering
• std::weak_ordering
• std::partial_ordering

        它将比较结果封装为一个状态，可以是小于、等于或大于，简化了需要手动编写的多个比较运算符的实现。

        3. 三种返回结果类型的比较

• std::strong_ordering

  • 强排序，严格遵循“弱序关系”，即如果 a == b，那么它们在其他比较中也应视为相等。
  • 默认适用于大多数内置类型，如 int、double 等。

#include <compare>
#include <iostream>struct Point {int x, y;// 使用强排序std::strong_ordering operator<=>(const Point&) const = default;
};int main() {Point p1{1, 2};Point p2{1, 2};if (p1 == p2) {std::cout << "p1 is equal to p2\n";}
}

• std::weak_ordering

  • 弱排序允许某些比较操作认为相等，但不一定意味着所有方面都相等。
  • 例如，浮点数中的 -0.0 和 0.0 被认为是相等的，尽管它们的二进制表示不同。

#include <compare>
#include <iostream>struct WeakFloat {float value;std::weak_ordering operator<=>(const WeakFloat& other) const {if (value == other.value) {return std::weak_ordering::equivalent; // 等价但不完全相等}return value <=> other.value;}
};int main() {WeakFloat f1{0.0f};WeakFloat f2{-0.0f};if (f1 == f2) {std::cout << "f1 is equivalent to f2\n";}
}

• std::partial_ordering

  • 部分排序适用于无法定义严格顺序的情况，比如浮点数中的 NaN 值（非数字），NaN 与任何数比较的结果都是无序的。

#include <compare>
#include <iostream>
#include <cmath>  // 为了使用 std::isnanstruct PartialFloat {float value;std::partial_ordering operator<=>(const PartialFloat& other) const {if (std::isnan(value) || std::isnan(other.value)) {return std::partial_ordering::unordered; // 无法比较}return value <=> other.value;}
};int main() {PartialFloat f1{NAN};PartialFloat f2{1.0};if ((f1 <=> f2) == std::partial_ordering::unordered) {std::cout << "f1 and f2 are unordered\n";}
}

 二：三向比较与布尔值

        三向比较运算符的返回值可以用于布尔逻辑中，配合 ==, !=, <, <=, >, >= 使用。C++20 自动为你定义这些运算符，具体实现的逻辑依赖于三向比较的返回类型。

#include <compare>
#include <iostream>int main() {int a = 5, b = 10;// 使用三向比较运算符的结果进行布尔判断if ((a <=> b) < 0) {std::cout << "a is less than b\n";}
}//在这个示例中，a <=> b 的结果为 std::strong_ordering::less，因此条件 (a <=> b) < 0 为真，表示 a < b。

 三：自定义三向比较

        虽然 default 的三向比较运算符适合大多数情况，但你也可以自定义它来实现复杂的比较逻辑。

#include <compare>
#include <iostream>class Point {
public:int x, y;// 自定义三向比较运算符std::strong_ordering operator<=>(const Point& other) const {if (auto cmp = x <=> other.x; cmp != 0) {return cmp;}return y <=> other.y;}
};int main() {Point p1{1, 2};Point p2{1, 3};if (p1 < p2) std::cout << "p1 is less than p2\n";if (p1 == p2) std::cout << "p1 is equal to p2\n";if (p1 > p2) std::cout << "p1 is greater than p2\n";
}