“谓词不应因函数调用而修改其状态”是什么意思？答案

【问题标题】：What does it mean "Predicates should not modify their state due to a function call"?“谓词不应因函数调用而修改其状态”是什么意思？
【发布时间】：2019-08-13 18:13:12
【问题描述】：

我在网上阅读了有关 C++ 的内容并看到了这样的说法：

谓词不应因函数调用而修改其状态。

我不明白这里的“状态”是什么意思。有人可以举个例子吗？

【问题讨论】：

传递给函数的谓词对象可能被复制任意次数（例如递归快速排序）。如果它们的比较操作（函数调用）改变了它们的状态，每个谓词都会得到不同的状态。

标签： c++ c++11 stl predicate

【解决方案1】：

让我们以算法std::count_if 为例。它遍历一个范围并计算给定谓词评估为真的频率。进一步假设我们要检查容器中有多少元素小于给定数字，例如5 或 15。

谓词可以是很多东西。它必须是可调用的。它可以是函子：

struct check_if_smaller {
    int x;
    bool operator()(int y) const { return y < x; }
};

您可以创建该谓词的不同实例，例如这两个

check_if_smaller a{5};
check_if_smaller b{15};

可用于检查数字是否分别小于5 或15：

bool test1 = a(3);  // true because 3 < 5
bool test2 = b(20); // false because 20 is not < 15

成员x 是谓词的状态。通常，当应用谓词时（通过调用其operator()），这不应该改变。

来自wikipedia：

在数理逻辑中，谓词通常被理解为布尔值函数 P: X→ {true, false}，称为谓词十、然而，谓词有许多不同的用途和解释数学和逻辑，以及它们的精确定义、意义和用途因理论而异。

粗略地说，谓词是将某物映射到布尔值的函数。我们使用的函子不仅仅是一个函数，而是一个具有状态的函数对象这一事实可以被视为实现细节，并且对于相同的输入重复评估相同的谓词通常会产生相同的结果。此外，算法会做出这种假设，并且没有什么能真正阻止它们复制您传递的谓词（实际上是the standard explicitly permits them to do so）。如果评估谓词会改变其内部状态，则算法可能无法按预期工作。

【讨论】：

您的意思是任何人都应该避免在谓词执行时更改 x，对吧？是否可以将 x 设为私有并使用 setX(...) 方法来控制一切？
@Gupta a 模拟谓词“检查一个数字是否小于 5”。如果您更改其 x 成员，则它是一个不同的谓词。当然，您可以将 x 设为私有，但我不明白这有什么不同或有什么优势
我还建议使谓词函数调用运算符const，如果它不修改它的状态：bool operator()(int y) const { return y < x; }。
还有，这里是标准中相关注释的链接：Unless otherwise specified, algorithms that take function objects as arguments are permitted to copy those function objects freely.。
@DanielLangr 太棒了，我会把它编辑成答案，只是现在没有时间

【解决方案2】：

用外行的话来说，谓词中的一个状态是一个数据成员。更改状态的谓词意味着成员在算法执行期间发生了变化，并且该更改将影响谓词行为。

避免这种情况的原因是算法没有义务保留谓词的单个实例。它们可能很容易被复制，并且在一个副本中更改了状态，不会与另一个副本中的状态共享。结果，程序将出现意外行为（对于期望状态更改生效的人）。

【讨论】：

【解决方案3】：

基本上什么标准说谓词应该像纯函数一样（在数学术语中），即它的返回值应该仅取决于输入。

之所以提到状态，是因为谓词可以被复制或可以在不同的线程中调用，这取决于实现和平台行为。对于非函数的 lambda 和其他可调用对象，这可能意味着对存储的无序访问、通过引用捕获或访问不同的值（如果它们是按值捕获的）。对于一个函数来说，这意味着任何副作用（包括静态变量的变化）都可能导致问题。

如果排序谓词对同一对返回不同的结果，则某些排序算法将无效。

【讨论】：

【解决方案4】：

除了其他答案之外，许多采用谓词的算法不承诺任何特定的遍历顺序（ExecutionPolicy 重载允许交错遍历）。对于同一个问题，您可能会得到不同的答案。

如果有多个线程调用¹谓词并且它改变了一些共享值，那就是a data race，即未定义的行为。

或一个线程交错调用

【讨论】：