如何使用用户定义类型作为std::map的键？

Question

我想知道为什么我不能使用STL映射（maps）与用户定义的类一起使用。当我编译下面的代码时，会出现以下难懂的错误信息。这是什么意思？另外，为什么只有在使用用户定义的类型时才会发生这种情况？（当它们被用作键时，原始类型是可以使用的。）

C:\MinGW\bin..\lib\gcc\mingw32\3.4.5........\include\c++\3.4.5\bits\stl_function.h||在成员函数`bool std::less<_Tp>::operator()(const _Tp&, const _Tp&) const [with _Tp = Class1]'中:|

C:\MinGW\bin..\lib\gcc\mingw32\3.4.5........\include\c++\3.4.5\bits\stl_map.h|338|来自 '_Tp& std::map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>::operator[](const _Key&) [with _Key = Class1, _Tp = int, _Compare = std::less, _Alloc = std::allocator >]' 的实例化代码|

C:\Users\Admin\Documents\dev\sandbox\sandbox\sandbox.cpp|24|在此实例化|

C:\MinGW\bin..\lib\gcc\mingw32\3.4.5........\include\c++\3.4.5\bits\stl_function.h|227|错误：'__x < __y'中没有匹配的运算符| ||=== Build finished: 1 errors, 0 warnings ===|

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

class Class1
{
public:
    Class1(int id);

private:
    int id;
};

Class1::Class1(int id): id(id)
{}

int main()
{
    Class1 c1(1);

    map< Class1 , int> c2int;
    c2int[c1] = 12;

    return 0;
}

- unknown

---

可能是C++使用自定义类类型作为键的unordered_map的重复问题。 - Ciro Santilli OurBigBook.com

Answer 1

实际上，您不必为类定义operator<。相反，您也可以创建一个比较函数对象类，并使用它来特化std::map。扩展您的示例：

struct Class1Compare
{
   bool operator() (const Class1& lhs, const Class1& rhs) const
   {
       return lhs.id < rhs.id;
   }
};

std::map<Class1, int, Class1Compare> c2int;

std::map的第三个模板参数的默认值恰好是std::less，它将委托给您的类定义的operator<（如果没有则失败）。但有时您希望对象可用作地图键，但实际上并没有任何有意义的比较语义，因此您不希望仅为此提供类的operator<而使人们感到困惑。如果是这种情况，可以使用上述技巧。

另一种实现相同效果的方法是特化std::less：

namespace std
{
    template<> struct less<Class1>
    {
       bool operator() (const Class1& lhs, const Class1& rhs) const
       {
           return lhs.id < rhs.id;
       }
    };
}

这样做的好处是，默认情况下，std::map 会自动选择它，并且您不会把 operator< 接口暴露给客户端代码。

- Pavel Minaev

---

我建议在这两个函数中添加const关键字。 - Diomidis Spinellis

也许与结构体少使用 friend 是值得的，否则我认为这将是一种妥协的封装。 - SkyWalker

模板化结构体应该以分号结束，否则会出现编译错误。不幸的是，由于更改字符数量较少，我无法通过编辑来修复这个问题。 - Ident

但是为什么你要把结构体放在less info std里面呢？ - Vladimir Tsyshnatiy

它已经在std中了。这只是那个的一个特化。 - Pavel Minaev

Answer 2

默认情况下，std::map（以及std::set）使用operator<来确定排序。因此，您需要在您的类上定义operator<。

如果两个对象满足条件!(a < b) && !(b < a)，则认为它们是等效的。

如果出于某种原因，您想要使用不同的比较器，则可以更改map的第三个模板参数，例如使用std::greater。

- GManNickG

---

实际上，您可以将比较器更改为任何双参数函数。 - xtofl

Answer 3

你需要为Class1定义operator <。

当用户自定义类作为键时，Map需要使用operator <比较值，因此你需要提供相同的操作符。

class Class1
{
public:
    Class1(int id);

    bool operator <(const Class1& rhs) const
    {
        return id < rhs.id;
    }
private:
    int id;
};

- aJ.

---

它不需要 operator<；它只是默认为它。请参考 GMan 或 Pavel 的答案。 - xtofl

Answer 4

class key
{
    int m_value;
public:
    bool operator<(const key& src)const
    {
        return (this->m_value < src.m_value);
    }

};
int main()
{
    key key1;
    key key2;
    map<key,int> mymap;
    mymap.insert(pair<key,int>(key1,100));
    mymap.insert(pair<key,int>(key2,200));
    map<key,int>::iterator iter=mymap.begin();
    for(;iter!=mymap.end();++iter)
    {
        cout<<iter->second<<endl;
    }


}

- Kaushal

---

欢迎来到StackOverflow！请为您的答案添加一些解释。 - Aurasphere

Answer 5

如果你只加入下面这行代码，那么你的示例就能在C++20中运行

auto operator<=>(Class1 const &) const = default;

到你的班级。

- user541686

Answer 6

我想进一步扩展 Pavel Minaev 的 答案，在阅读我的答案之前，您应该先阅读他的答案。如果要比较的成员（例如问题代码中的id）是私有的，则 Pavel 提出的两种解决方案都无法编译。在这种情况下，对于我来说，VS2013会抛出以下错误：

error C2248: 'Class1::id' : cannot access private member declared in class 'Class1'

正如 SkyWalker 在评论中提到的，使用friend声明可以帮助解决问题。如果您想了解正确的语法，请参阅以下内容：

class Class1
{
public:
    Class1(int id) : id(id) {}

private:
    int id;
    friend struct Class1Compare;      // Use this for Pavel's first solution.
    friend struct std::less<Class1>;  // Use this for Pavel's second solution.
};

在 Ideone 上的代码

但是，如果你有一个访问私有成员的函数，例如对于 id 的 getId()，如下：

class Class1
{
public:
    Class1(int id) : id(id) {}
    int getId() const { return id; }

private:
    int id;
};

然后您可以使用它来代替friend声明（即比较lhs.getId() < rhs.getId()）。 自C++11以来，您还可以使用lambda表达式来替代定义比较器函数对象类的方式，用于Pavel的第一种解决方案。 将所有内容放在一起，代码可以编写如下：

auto comp = [](const Class1& lhs, const Class1& rhs){ return lhs.getId() < rhs.getId(); };
std::map<Class1, int, decltype(comp)> c2int(comp);

在 Ideone 上的代码

- honk

---

你能告诉我为什么成员变量不可访问，因为operator<重载发生在同一个类内吗？所以即使是私有成员变量，在类内也应该是可访问的。 - m_alpha

@m_alpha：Pavel和我提供的解决方案没有为Class1定义operator<。比较器是在Class1之外定义的。因此，它们无法访问Class1的私有成员。 - honk

Answer 7

键必须是可比较的，但你没有为你的自定义类定义一个合适的operator<。

- unwind

Answer 8

正确的解决方案是为您的类/结构体专门化std::less。

• 基本上，cpp中的映射是作为二叉搜索树实现的。

1. BST将节点的元素进行比较以确定树的组织。
2. 元素比父节点的元素小的节点放置在父节点的左侧，元素比父节点的元素大的节点放置在右侧。 即

对于每个节点，node.left.key < node.key < node.right.key

BST中的每个节点都包含元素，在地图的情况下，它的KEY和值，键应该按顺序排列。 有关映射实现的更多信息：Map数据类型。

在cpp地图的情况下，键是节点的元素，值不参与树的组织，只是一个补充数据。

这意味着键应与 std::less 或 operator< 兼容，以便它们可以被组织。请查看 map parameters。

否则，如果您使用用户定义的数据类型作为键，则需要为该数据类型提供有意义的比较语义。

解决方案：专门化 std::less：

映射模板中的第三个参数是可选的，它是 std::less，它将委托给 operator<，

因此，为您的用户定义的数据类型创建一个新的 std::less。现在，默认情况下，std::map 将选择此新的 std::less。

namespace std
{
    template<> struct  less<MyClass>
    {
        bool operator() (const MyClass& lhs, const MyClass& rhs) const
        {
            return lhs.anyMemen < rhs.age;
        }
    };

}

注意：如果您想将用户定义的数据类型用作cpp映射的键，则需要为每个数据类型创建专门的std :: less。 不好的解决方案：为您的用户定义的数据类型重载operator<。这种解决方案也可以工作，但是它非常糟糕，因为运算符<将被普遍重载为您的数据类型/类。这在客户端场景中是不可取的。

请查看答案Pavel Minaev的答案。

- BreakBadSP

---

“overloaded universally” 是什么意思？ - Tyler Shellberg

重载 operator < 在实例自然可比较时更有意义和用处。例如：struct Level { int level1; int level2; }; - Alexander Chen