对 std::binary_search 的神秘限制

Question

问题描述：
考虑一些具有std::string name 成员的结构。为清楚起见，我们假设它是struct Human，代表有关人员的信息。除了name，它还可以有许多其他数据成员。
假设有一个容器std::vector<Human> vec，其中的对象已经按name 排序。另外为了清楚起见，假设所有名称都是唯一的。
问题是：有一些字符串 nameToFind 找出数组中是否存在具有该名称的元素。

解决方案和我的进展：
显而易见且自然的解决方案似乎是使用std::binary_search 函数执行二进制搜索。但是有一个问题：被搜索元素的类型（std::string）与容器中元素的类型（Human）不同，std::binary_search 需要一个规则来比较这些元素。我试图通过三种方式解决这个问题，如下所述。提供前两个只是为了说明我的解决方案的演变和我遇到的问题。我的主要问题是关于第三个问题。

尝试 1：将 std::string 转换为 Human。

写一个比较函数：

bool compareHumansByNames( const Human& lhs, const Human& rhs )
{
   return lhs.name < rhs.name;
}

然后添加一个构造函数，它从std::string 构造一个Human 对象：

struct Human
{
   Human( const std::string& s );
   //... other methods

   std::string name;
   //... other members
};

并以下列形式使用 binary_search：

std::binary_search( vec.begin(), vec.end(), nameToFind, compareHumansByNames );

似乎有效，但出现了两个大问题：
首先，如何初始化除Human::name 之外的其他数据成员，尤其是在它们没有默认构造函数的情况下？设置魔法值可能会导致创建语义非法的对象。
其次，我们必须将此构造函数声明为非explicit 以允许在算法期间进行隐式转换。这样做的不良后果是众所周知的。
此外，每次迭代都会构造这样一个临时的Human 对象，结果可能会非常昂贵。

尝试 2：将 Human 转换为 std::string。

我们可以尝试将operator string () 添加到返回name 的Human 类中，然后使用两个std::strings 的比较。但是，由于以下原因，这种方法也很不方便：

首先，由于here 讨论的问题，代码不会立即编译。我们将不得不做更多工作以使编译器使用适当的operator <。
其次，“将人类转换为字符串”是什么意思？这种转换的存在会导致Human 类在语义上的错误使用，这是不可取的。

尝试 3：比较没有转化。

到目前为止我得到的最佳解决方案是创建一个

struct Comparator
{
   bool operator() ( const Human& lhs, const std::string& rhs )
   {
      return lhs.name < rhs;
   }
   bool operator() ( const std::string& lhs, const Human& rhs )
   {
      return lhs < rhs.name;
   }
};

并使用二分查找

binary_search( vec.begin(), vec.end(), nameToFind, Comparator() );

这编译和执行正确，一切似乎都正常，但有趣的部分从这里开始：

看看http://www.sgi.com/tech/stl/binary_search.html。这里说的是“ForwardIterator的值类型是与T相同的类型。”。相当混乱的限制，我的最后一个解决方案打破了它。让我们看看 C++ 标准对此有何评论：

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25.3.3.4 binary_search

template<class ForwardIterator, class T>
bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last,
const T& value);

template<class ForwardIterator, class T, class Compare>
bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last,
const T& value, Compare comp);

要求：类型 T 是 LessThanComparable (20.1.2)。

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没有明确说明ForwardIterator 的类型。但是，在20.1.2 中给出的LessThanComparable 的定义中，提到了相同类型 的两个元素的比较。这是我不明白的。是否确实意味着正在搜索的对象的类型和容器对象的类型必须相同，而我的解决方案打破了这一点限制 ？或者它不涉及使用comp比较器的情况，而仅涉及使用默认operator <进行比较的情况？在第一种情况下，我对如何使用std::binary_search 来解决这个问题而不遇到上述问题感到困惑。

提前感谢您的帮助并抽出时间阅读我的问题。

注意：我知道手动编写二分搜索不需要时间，并且会立即解决问题，但为了避免重新发明轮子，我想使用 std::binary_search。根据标准了解这种限制的存在对我来说也很有趣。

Answer 1

如果您的目标是查找是否存在具有给定名称的 Human，那么以下内容应该可以肯定：

const std::string& get_name(const Human& h)
{
    return h.name;
}

...

bool result = std::binary_search(
    boost::make_transform_iterator(v.begin(), &get_name),
    boost::make_transform_iterator(v.end(), &get_name),
    name_to_check_against);

Answer 2

[完全重写；无视cmets]

措辞已从 C++03 更改为 C++0x。在后者中，不再要求T 小于可比，大概是为了减轻这种不必要的限制。

新标准只要求comp(e, value) 隐含!comp(value, e)。因此，只要您的比较器实现了两个方向，您就应该能够合法地搜索 string 作为具有实现两个不对称比较的比较器仿函数的值（即您的“尝试 3”）。

Answer 3

我认为标准在这里所说的是表达式fucntor(a, b) 必须是有效的严格弱排序，无论算法是否决定执行类似functor(*begin, *(begin + 1)) 的操作。因此，我认为您的比较器需要提供operator()(Human, Human) 的过载才能符合要求。

也就是说，我想这是one of those things not explicitly allowed by the standard, but for which few or no implementations exist which take advantage of the latitude offered by the standard。

Answer 4

我认为标准中的任何地方都没有要求binary_search 传递给比较函数（或< 运算符）的值的类型必须相同。因此，从形式上讲，我认为使用可处理两种不同类型值的比较器是完全可以的。