为什么 std::tuple 会调用两次 operator <=> 运算符？

Question

以下代码两次调用了operator <=>，参数顺序相反。为什么？

GCC 10.2和clang 12似乎都使用libstdc++-10，它的提供了operator <=>，因此似乎不是缺少标准库支持的情况，我的代码必须是错误的。如何修复它？

#include <tuple>
#include <compare>
#include <iostream>

struct X {
    int i;
    auto operator <=>(X const& other) const {
        std::cout << this << " <=> " << &other << std::endl;
        return i <=> other.i;
    }
};

int main() {
    std::tuple{X{42}} <=> std::tuple{X{42}};
}

- Roman Odaisky

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@IgorR. 你是在暗示X不是三向可比的吗？ - Roman Odaisky

这不是可以预料的吗？它必须返回三个中的一个：a < b，b < a 或相等？例如，return a < b ? -1 : b < a ? 1 : 0，在三分之二的情况下也需要进行两次比较。 - Ted Lyngmo

@TedLyngmo 但是 X::operator <=> 可以在一次调用中回答这个问题，这也是它存在的全部原因。 - Roman Odaisky

@TedLyngmo，OP 中的自有实现使用运算符<=>。运算符 <、> 等并没有被移除。这些从元组实现中移除了，只剩下<=>。 - armagedescu

嗯，是的，你们所有人可能都是正确的。 :-) 我会回去做晚饭了。 - Ted Lyngmo

Answer 1

简短回答：您需要为X定义operator==。

std::tuple通过合成的三向比较比较元素，只有当类型满足std::three_way_comparable_with时才使用<=>。最终，这需要std::three_way_comparable，这需要一个解释性的weakly-equality-comparable-with概念。正如您所猜测的那样，这需要==有效。

修复方法是一行代码：

bool operator==(X const& other) const = default;

那么，既然<=>似乎已经可以独立完成任务，为什么还需要==呢？我只能猜测，但这可能是因为概念比我们仅仅需要operator<的情况更“完整”。如果一个类型可以使用<=>进行比较，它实际上也应该支持相等性。

至于为什么<=>不能在没有默认值的情况下覆盖==，这是因为对于可以短路判断相等性的类（如向量和字符串）以及包含此类类型的任何类来说，这会导致性能陷阱。没有任何迹象表明相等性比较是逐个元素进行的而不是短路的，所以<=>不处理相等性，除非它可以保证你避免了这个陷阱（通过默认<=>）。

- chris