实现operator==和operator<是否安全？使用 std::memcmp？

Question

看到这个问题后，我的第一个想法是'定义泛型等价和关系运算符是微不足道的：

#include <cstring>

template<class T>
bool operator==(const T& a, const T& b) {

    return std::memcmp(&a, &b, sizeof(T)) == 0;

}

template<class T>
bool operator<(const T& a, const T& b) {

    return std::memcmp(&a, &b, sizeof(T)) < 0;

}

使用命名空间 std::rel_ops 会变得更加有用，因为它会通过运算符 ==< 的默认实现变得完全通用/code> 和 <。显然，这不会执行按成员比较，而是按位比较，就好像该类型仅包含 POD 成员一样。这与 C++ 生成复制构造函数的方式并不完全一致，例如，复制构造函数执行成员复制。

但我想知道上面的实现是否确实安全。这些结构自然会具有相同的包装、相同的类型，但是填充的内容是否保证相同（例如，用零填充）？有什么原因或情况会导致此方法不起作用吗？

Answer 1

不——举例来说，如果您有 T==(float | double | long double)，您的 operator== 就无法正常工作。两个 NaN 永远不应该比较相等，即使它们具有相同的位模式（事实上，检测 NaN 的一种常见方法是将数字与其自身进行比较 - 如果它不等于自身，则它是 NaN）。同样，指数中所有位均设置为 0 的两个浮点数的值均为 0.0（准确），无论尾数中的哪些位可能被设置/清除。

您的 operator< 正常工作的机会就更小了。例如，考虑一下 std::string 的典型实现，如下所示：

template <class charT>
class string { 
    charT *data;
    size_t length;
    size_t buffer_size;
public:
    // ...
};

通过这种成员排序，您的 operator< 将根据地址进行比较字符串碰巧存储数据的缓冲区。例如，如果它碰巧首先使用 length 成员编写，则您的比较将使用字符串的长度作为主键。无论如何，它都不会根据实际字符串内容进行比较，因为它只会查看 data 指针的值，而不是它指向的任何内容at，这才是你真正想要/需要的。

编辑：就填充而言，不要求填充的内容相等。从理论上讲，填充也可能是某种陷阱表示，如果您尝试查看它，它会导致信号、抛出异常或类似的情况。为了避免这种陷阱表示，您需要使用类似于强制转换的方法将其视为 unsigned char 的缓冲区。 memcmp 可能会这样做，但话又说回来，它可能不会......

还要注意，相同类型的对象并不一定意味着使用相同的成员对齐方式。这是一种常见的实现方法，但编译器也完全有可能执行一些操作，例如根据它“认为”特定对象将被使用的频率来使用不同的对齐方式，并在中包含某种标记 告诉这个特定实例的对齐方式的对象（例如，写入第一个填充字节的值）。同样，它可以通过（例如）地址分隔对象，因此位于偶数地址的对象具有 2 字节对齐，位于四的倍数的地址具有 4 字节对齐，依此类推（这不能是用于 POD 类型，但除此之外，一切皆废）。

这两种情况都不太可能或常见，但我也想不出标准中有任何禁止它们的内容。

Answer 2

除非您 100% 确定内存布局、编译器行为，并且您真的不关心可移植性，并且您确实希望获得效率，否则永远不要这样做

来源

Answer 3

即使对于 POD，== 运算符也可能是错误的。这是由于如下结构的对齐导致的，该结构在我的编译器上占用 8 个字节。

class Foo {
  char foo; /// three bytes between foo and bar
  int bar;
};

Answer 4

这是非常危险的，因为编译器不仅会为普通的旧结构使用这些定义，还会为任何您忘记定义 == 和 < 正确地。

总有一天，它会咬你。

Answer 5

很大程度上取决于您对等效性的定义。

例如，如果您在类中比较的任何成员都是浮点数。

上述实现可能会将两个双精度数视为不相等，即使它们来自具有相同输入的相同数学计算 - 因为它们可能不会生成完全相同的输出 - 而是两个非常相似的数字。

通常，这些数字应在数值上与适当的容差进行比较。

Answer 6

任何包含单个指针的结构或类将立即导致任何有意义的比较失败。这些运算符仅适用于任何普通旧数据（POD）类。另一位回答者正确地指出浮点是一种情况，即使这样也不成立，并填充字节。

简短的回答：如果这是一个聪明的想法，那么语言就会像默认的复制构造函数/赋值运算符一样拥有它。