为什么 std::set::insert() 使用错误参数调用 operator<()答案

【问题标题】：Why does std::set::insert() call operator<() with bad parameter为什么 std::set::insert() 使用错误参数调用 operator<()
【发布时间】：2020-10-31 02:11:09
【问题描述】：

我需要帮助来理解为什么 std::set<T>::insert(T) 调用 operator<(const T&, const T&) 时使用无效引用作为其第二个参数，从而在我第一次插入时创建了段错误。

这是我想在集合中插入其对象的类：

/**
 * A CPC category.
 */
class Category {

  private:
    char m_section;
    int  m_class;
    char m_subclass;
    int  m_group;
    int  m_subgroup;

  public:
    Category();
    Category(char t_section, int t_class, char t_subclass, int t_group,
             int t_subgroup);
    char get_section() const;
    int  get_class() const;
    char get_subclass() const;
    int  get_group() const;
    int  get_subgroup() const;

};

这是我的operator<（抱歉，这不是最干净的方法）：

/**
 * Obeys simple lexical order. A smaller-than operator for Category is
 * required to allow objects to be placed in an std::set.
 */
bool operator<(const Category& cat1, const Category& cat2)
{
    return (cat1.get_section() == cat2.get_section() ?
                cat1.get_class() == cat2.get_class() ?
                    cat1.get_subclass() == cat2.get_subclass() ?
                        cat1.get_group() == cat2.get_group() ?
                            cat1.get_subgroup() == cat2.get_subgroup() ?
                                true :
                                cat1.get_subgroup() < cat2.get_subgroup() :
                            cat1.get_group() < cat2.get_group() :
                        cat1.get_subclass() < cat2.get_subclass() :
                    cat1.get_class() < cat2.get_class() :
                cat1.get_section() < cat2.get_section());
}

这里是创建集合的代码：

std::istream& operator>> (std::istream& is, CategorySet& cs)
{
    std::set<Category>* cats;
    Category cat;
    while (is >> cat) {
        cats->insert(cat);
    }   
    cs = CategorySet{ cats };
    return is;
}

我在cats->insert(cat);之前放了一个断点：

Breakpoint 1, InnovationModelling::operator>> (is=..., cs=...) at lib/PatentData.cpp:126
126         cats->insert(cat);
(gdb) p *cats
$9 = std::set with 0 elements
(gdb) p cat
$1 = {m_section = 65 'A', m_class = 1, m_subclass = 65 'A', m_group = 1, m_subgroup = 0}
(gdb) ptype cat
type = class InnovationModelling::Category {
  private:
    char m_section;
    int m_class;
    char m_subclass;
    int m_group;
    int m_subgroup;

  public:
    Category(void);
    Category(char, int, char, int, int);
    char get_section(void) const;
    int get_class(void) const;
    char get_subclass(void) const;
    int get_group(void) const;
    int get_subgroup(void) const;
}

（上面的$9是因为我忘记表明此时集合是空的，所以我第二次运行程序。）

然后我遍历std::set的东西，直到它调用operator()，它并没有重载：

(gdb) s
std::less<InnovationModelling::Category>::operator() (this=0x5555555993c0 <std::cout@@GLIBCXX_3.4>, __x=..., __y=...)
    at /usr/include/c++/10.2.0/bits/stl_function.h:386
386       { return __x < __y; }
(gdb) p __x
$2 = (const InnovationModelling::Category &) @0x7fffffffd3b0: {m_section = 65 'A', m_class = 1, m_subclass = 65 'A', m_group = 1, 
  m_subgroup = 0}
(gdb) p __y
$3 = (const InnovationModelling::Category &) <error reading variable>

果然，operator< 被这个无效引用调用，因此 get_section() 最终被调用并出现段错误：

(gdb) s
InnovationModelling::Category::get_section (this=0x26) at lib/PatentData.cpp:187
187     return m_section;
(gdb) p this
$7 = (const InnovationModelling::Category * const) 0x26
(gdb) p *this
Cannot access memory at address 0x26
(gdb) s

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x0000555555568412 in InnovationModelling::Category::get_section (this=0x26) at lib/PatentData.cpp:187

如果std::set::insert() 在做什么很明显，我很抱歉，但我是 C++ 的初学者，我什至无法理解它觉得有必要致电 operator<()根本就是在一个空集合中插入一些东西。

【问题讨论】：

我猜你的operator< 有问题，很可能是它没有正确实现严格的弱排序。它也几乎不可读。请考虑使用return std::tie(cat1.a, cat1.b, etc) < std::tie(cat2.a, cat2.b, etc)。
operator>>() 创建一个未初始化的指针 (cats) 并反复取消引用它。这给出了未定义的行为。在取消引用它之前，它需要被初始化为指向一个有效的对象。一旦你的程序的行为未定义，所有的赌注都被取消了。包括您在 std::set misbeaving 中看到的其他功能的错觉。
您的operator < 在类别相同时返回true。这是一个错误。不过，可能不是导致问题的原因。
@Peter 这可能不是错觉，因为比较器很疯狂，但你也是对的
谢谢大家。我现在看到我的问题对其他人没有帮助。我应该保留它还是删除它？我已经在没有指针的情况下重新实现了这些类，它已经解决了这个问题以及我遇到的其他问题。我不确定为什么我选择在operator< 中实现预购，但我可以看到为什么它不能与< 的语义一起工作，以及它如何与std::set 混淆，所以我也修复了它。

标签： c++ segmentation-fault std stdset

【解决方案1】：

这里是创建集合的代码：

'不要害怕。

您创建了一个指向集合的指针，但它实际上并不指向任何集合；它只是一个未初始化的指针。

您可以使用new 动态分配一个集合，但除非必须，否则不要这样做。事实上，除非必须，否则不要使用指针。您的需求将由CategorySet 驱动（我们对此一无所知），但如果您可以将您的 set 设置为一个不错的局部变量，那么生活会容易得多。

【讨论】：