剪辑数字的最有效/优雅的方法？

Question

给定一个实数（n），这个实数可以是最大值（上）和这个实数可以是最小值（下），我们怎样才能最有效地剪裁 n，使其保持在下限和上限之间？

当然，使用一堆 if 语句可以做到这一点，但这很无聊！更紧凑、更优雅/更有趣的解决方案呢？

我自己的快速尝试（C/C++）：

float clip( float n, float lower, float upper )
{
    n = ( n > lower ) * n + !( n > lower ) * lower;
    return ( n < upper ) * n + !( n < upper ) * upper;
}

我确信还有其他更好的方法可以做到这一点，这就是为什么我把它放在那里..！

Answer 1

那么无聊、陈旧、可读且最短的呢：

float clip(float n, float lower, float upper) {
  return std::max(lower, std::min(n, upper));
}

?

这个表达式也可以像这样“泛化”：

template <typename T>
T clip(const T& n, const T& lower, const T& upper) {
  return std::max(lower, std::min(n, upper));
}

更新

比利·奥尼尔补充道：

请注意，在 Windows 上，您可能必须定义 NOMINMAX，因为它们定义了冲突的 min 和 max 宏

Answer 2

为什么要重写already been written for you？

#include <boost/algorithm/clamp.hpp>
boost::algorithm::clamp(n, lower, upper);

从 C++17 开始，现在是 part of the STL：

#include <algorithm>
std::clamp(n, lower, upper);

Answer 3

C++17 预计会添加一个clamp 函数。由 cppreference.com 提供：

template<class T>
constexpr const T& clamp( const T& v, const T& lo, const T& hi );

template<class T, class Compare>
constexpr const T& clamp( const T& v, const T& lo, const T& hi, Compare comp );

Answer 4

更新：添加了 C++17 的 <algorithm> 标头 std::clamp(value, low, high)。

在较旧的 C++ 版本中，我很少会超越...

return n <= lower ? lower : n >= upper ? upper : n;

...或者，如果您发现保持从左到右的 lower、n 和 upper 顺序更具可读性...

return n <= lower ? lower : n <= upper ? n : upper;
...or...
return lower >= n ? lower : n <= upper ? n : upper;

（使用<=、>= 比<、> 更快，因为当术语相等时，它会避免进一步比较）

如果你知道你可能拥有它们，你会想要检查 NaN / Inf 等是否被保留......

我说很少而且从来不只是因为有时更少的分支可以更快，但如果您或与您一起工作的其他人可能会找到那个神秘的代码，最好避免它，除非它在性能关键代码和分析显示中这很重要。

Answer 5

不优雅、不安全、昂贵但没有分支：

n= 0.5 * (n + lower + fabs(n - lower));
n= 0.5 * (n + upper - fabs(upper - n));

Answer 6

最好的显然是

template <typename t>
t clamp2(t x, t min, t max)
{
if (x < min) x = min;
if (x > max) x = max;
return x;
}

编译成

movss   xmm0, cs:__real@c2c80000
maxss   xmm0, [rsp+38h+var_18]
movss   xmm1, cs:__real@42c80000
minss   xmm1, xmm0
movss   [rsp+38h+var_18], xmm1

它有 0 个分支，应该是上面发布的所有分支中最快的。

还有带有标准版本设置的 msvc141

Answer 7

你可能喜欢三元运算符：

value = value<lower?lower:value;
value = value>upper?upper:value;

Answer 8

n = n + ((n < lower) * (lower - n)) + ((n > upper) * (upper - n));

Answer 9

如果你想使用 xtensor，它会支持多维数组，解决方案会非常优雅。

#include <iostream>
#include "xtensor/xarray.hpp"
#include "xtensor/xio.hpp"
#include "xtensor/xview.hpp"
#include "xtensor/xrandom.hpp"
xt::xarray<float> ar({2.1, 2.9, -2.1, -2.9});
std::cout<<xt::cast<int>(xt::trunc(ar))<<std::endl;

//答案是{ 2, 2, -2, -2 }

Answer 10

以下头文件应该适用于 C 和 C++。请注意，如果宏已定义，它会取消定义 min 和 max：

#pragma once

#ifdef min
#undef min
#endif

#ifdef max
#undef max
#endif

#ifdef __cplusplus
#include <algorithm>

template <typename T>
T clip(T in, T low, T high)
{
    return std::min(std::max(in, low), high);
}
#else /* !__cplusplus */
#define min(a, b) (((a) < (b)) ? (a) : (b))
#define max(a, b) (((a) < (b)) ? (b) : (a))
#define clip(a, b, c) min(max((a), (b)), (c))
#endif /* __cplusplus */