要重载比较运算符,需要为类型实现对应的trait。
重载==和!=,需要实现PartialEq或者Eq
重载<、<=、> 、 >=,需要实现PartialOrd或者Ord
一、Eq/PartialEq
为什么有两个trait呢?
因为相等关系有两种:一种是完全相等关系,一种是部分相等关系。
完全相等关系满足如下三个性质:
自反性:自己一定等于自己,即a=a
;
对称性:若有a=b
,则有b=a
;
传递性:若有a=b
和b=c
,则有a=c
;
部分相等关系只满足两个性质:
对称性:若有a=b
,则有b=a
;
传递性:若有a=b
和b=c
,则有a=c
;
在浮点数类型中有个特殊的值是NaN(Not-a-number),这个值与任何值都不等,包括自己NaN != NaN,它就违背了自反性。所以判断浮点数是否相等就只能使用部分相等关系。
部分相等是全相等关系的子集,也就是说,如果两个元素具有全相等关系,那它们之间也一定有部分相等关系。
(一)PartialEq
是部分相等关系。
这个Trait中定义了两个方法:
pub Trait PartialEq<Rhs: ?Sized = Self> {
fn eq(&self, other: &Rhs) -> bool;
fn ne(&self, other: &Rhs) -> bool {
!self.eq(other)
}
}
eq:两个值相等的话就返回true,需要使用者自行重载
ne:两个值不相等的话就返回true,默认已经实现了
所有的基本类型都实现了PartialEq
1.为自定义类型实现PartialEq
可使用#[derive(PartialEq)]
由编译器自动实现
#[derive(PartialEq)]
pub struct Person {
pub id: u32,
pub name: String,
pub height: f64,
}
也可以自己手动实现
impl PartialEq for Person {
fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
self.id == other.id
}
}
实现时只需要实现eq方法即可,ne我们使用默认的。
实现了PartialEq,就自动重载了==和!=运算符,下面就可以判断是否相等了
fn main() {
let p1 = Person {
id: 0,
name: "John".to_string(),
height: 1.2,
};
let p2 = Person {
id: 0,
name: "Jack".to_string(),
height: 1.4,
};
println!("p1 == p2 = {}", p1 == p2); // p1 == p2 = true
}
例子
fn main() {
let f1 = f32::NAN;
let f2 = f32::NAN;
if f1 == f2 {
println!("NaN竟然可以比较,这很不数学啊!")
} else {
println!("果然,虽然两个都是NaN,但是它们其实并不相等")
}
}
2.比较不同的类型
给Rhs传入不同的类型,就能比较不同类型的相等性。
示例代码如下:
rust
#[derive(PartialEq)]
enum WheelBrand {
Bmw,
Benz,
Michelin,
}
struct Car {
brand: WheelBrand,
price: i32,
}
impl PartialEq<WheelBrand> for Car {
fn eq(&self, other: &WheelBrand) -> bool {
self.brand == *other
}
}
fn main() {
let car = Car { brand: WheelBrand::Benz, price: 10000 };
let wheel = WheelBrand::Benz; // 比较struct和enum
assert!(car == wheel);
// assert!(wheel == car); // 无法反过来比较
}
代码仅实现了Car与Wheel的相等性比较,若要反过来比较,还得提供反向的实现,如下:
rust
impl PartialEq<Car> for WheelBrand {
fn eq(&self, other: &Car) -> bool {
*self == other.brand
}
}
(二)Eq
就是完全相等关系
这个trait继承了PartialEq,但没有添加新的方法,这个Trait只是告诉编译器,这是个完全相等关系而非部分相等关系。
pub Trait Eq:PartialEq{}
在标准库中,只有f32和f64没有实现Eq
1.为自定义类型实现Eq
实现Eq不需要额外的代码,只需要实现PartialEq,并添加#[derive(Eq)]
就可以了。
实现了Eq的类型自然也重载了 == 和!=运算符,下面就可以判断是否相等了
Rust中HashMap的key要求实现Eq,也就是要能完全相等,而浮点数由于没有实现Eq,因此不能用于HashMap的key
二、Ord / PartialOrd
大小关系也有两种:一种是全序关系,一种是偏序关系。
全序关系有以下性质:
完整的不对称性total antisymmetry:a < b,a == b,a > b这三种结果只有一个是真;
可传递性transitive:如果a < b且b < c那么a < c;
偏序关系有以下性质:
不对称性antisymmetry:如果a < b那么 !(a > b);
可传递性transitive:如果a < b且b < c那么a < c;
还是因为特殊值NaN,NaN < 0 == false并且NaN > 0 == false并且(NaN == 0) == false
(一)PartialOrd
偏序关系
PartialOrd继承了PartialEq,并且新定义了几个方法
pub trait PartialOrd<Rhs: ?Sized = Self>: PartialEq<Rhs> {
fn partial_cmp(&self, other: &Rhs) -> Option<Ordering>;
fn lt(&self, other: &Rhs) -> bool {
matches!(self.partial_cmp(other), Some(Less))
}
fn le(&self, other: &Rhs) -> bool {
matches!(self.partial_cmp(other), Some(Less | Equal))
}
fn gt(&self, other: &Rhs) -> bool {
matches!(self.partial_cmp(other), Some(Greater))
}
fn ge(&self, other: &Rhs) -> bool {
matches!(self.partial_cmp(other), Some(Greater | Equal))
}
}
partial_cmp:需要使用者重载,返回两值的比较结果;
lt,le,gt,ge:默认定义好了;
标准库里的所有基本类型都已实现该Trait
1.为自定义类型实现PartialOrd
要实现PartialOrd,必须同时实现PartialEq
可使用#[derive(PartialOrd)]
的方法实现该Trait,也可手动实现
impl PartialOrd for Person {
fn partial_cmp(&self,other:&Self) -> Option<std::cmp::Ordering> {
self.height.partial_cmp(&other.height)
}
}
实现PartialOrd只需要实现partial_cmp方法即可,lt(),le(),gt() , ge() 使用默认的
比较结果为Ordering枚举类型:
pub enum Ordering {
Less = -1,
Equal = 0,
Greater = 1,
}
为什么partial_cmp这个方法返回值类型是个Option, 而非直接是一个Ordering值类型?
这仍然与浮点数类型有关, 因为NaN不是一个可以表示的数值, 诸如:3.0 < NaN这样的表达式毫无意义!对于这种情况,partial_cmp就会返回None。
partial_cmp返回一个Option导致一个结果,当结果为None时, 无法决定两个值的排序,即x和y会处于不确定排序。只实现PartialOrd还不足以使你的自定义类型可排序,你还需要实现Ord。
实现了PartialOrd的类型,会自动重载 <、<=、> 、 >= 运算符,下面就可以比较了
例子
fn main() {
let p1 = Person {
id: 0,
name: "John".to_string(),
height: 1.2,
};
let p2 = Person {
id: 0,
name: "Jack".to_string(),
height: 1.4,
};
println!("p1 < p2 = {}", p1 < p2);
println!("p1 <= p2 = {}", p1 <= p2);
println!("p1 > p2 = {}", p1 > p2);
println!("p1 >= p2 = {}", p1 >= p2);
let x: f64 = std::f64::NAN;
let y = 1.0f64;
assert_eq!(x.partial_cmp(&y), None);
}
2.比较不同类型
(二)Ord
全序关系
Ord继承了PartialOrd和Eq,并且新定义了几个方法:
pub trait Ord: Eq + PartialOrd<Self> {
fn cmp(&self, other: &Self) -> Ordering;
fn max(self, other: Self) -> Self{...}
fn min(self, other: Self) -> Self{...}
fn clamp(self, min: Self, max: Self) -> Self{...}
}
cmp:需要使用者重载本方法,返回两值的比较结果;
max,min,clamp:已经定义好了;
在标准库中,只有f32和f64没有实现Ord
1.为自定义类型实现Ord
要实现Ord,必须要同时实现PartialOrd和Eq。实现PartialEq,PartialOrd以及Ord时要特别注意彼此之间不能冲突
例子
vector中的sort方法要求类型实现了Ord
use std::cmp::Ordering;
#[derive(Debug,Eq)]
pub struct Person {
pub id: u32,
pub name: String,
pub height: f64,
}
impl PartialEq<Self> for Person {
fn eq(&self, other: &Self) -> bool { self.id == other.id }
}
impl PartialOrd for Person {
fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<Ordering> {
self.id.partial_cmp(&other.id)
}
}
impl Ord for Person {
fn cmp(&self, other: &Self) -> Ordering {
self.id.cmp(&other.id)
}
}
实现Ord只需要实现cmp方法即可,max() 和min()使用默认的。
例子
enum BookFormat3 {
Paperback,
Hardback,
Ebook,
}
struct Book3 {
name: String,
format: BookFormat3,
}
// -- 先实现 PartialEq
impl PartialEq for Book3 {
fn eq(&self, other: &Book3) -> bool {
self.name == other.name
// 这里假设format字段不要求比较
}
}
// -- 再实现 Eq
impl Eq for Book3 {}
// -- 再实现 Ord
impl Ord for Book3 {
fn cmp(&self, other: &Book3) -> Ordering {
// 直接调用name(String)的cmp方法(当需要实现Ord时,成员字段一般都实现了Ord,可直接调用其cmp方法)
self.name.cmp(&other.name)
}
}
// -- 最后实现 PartialOrd
impl PartialOrd for Book3 {
fn partial_cmp(&self, other: &Book3) -> Option<Ordering> {
// 直接调用上面实现的cmp方法
Some(self.cmp(&other))
}
}
实现Ord的时候需要同时实现PartialOrd,PartialOrd的partial_cmp()
内部调用的是Ord的cmp()
,理由是既然一开始就想要为类型实现Ord,说明类型是能够得出一个肯定结果的(非None)
实现了Ord之后,会自动重载 <、<=、> 、 >= 运算符,下面就可以比较了
例子
use std::cmp::Ordering;
let x = 1;
let y = 2;
assert_eq!(x.cmp(&y), Ordering::Less);
assert_eq!(y.cmp(&x), Ordering::Greater);
assert_eq!(x.cmp(&x), Ordering::Equal);
assert_eq!((-3).clamp(-2, 1), -2);
assert_eq!(0.clamp(-2, 1), 0);
assert_eq!(2.clamp(-2, 1), 1);
assert_eq!(1.min(2), 1);
assert_eq!(2.min(2), 2);
assert_eq!(1.max(2), 2);
assert_eq!(2.max(2), 2);
例子
fn main() {
let mut v = vec![
Person {
id: 3,
name: "".to_string(),
height: 3.0,
},
Person {
id: 2,
name: "".to_string(),
height: 4.0,
},
Person {
id: 1,
name: "".to_string(),
height: 5.0,
},
];
v.sort();
println!("{:?}", v);
}
2.比较不同类型
三、关于效率
你也许好奇,到底是自己手动实现的效率高, 还是auto-derive效率高?这很难说,不能一概而论,比如:如果你明确定知道一个大struct中只有少数几个成员与此比较直接相关,或者说有决定性, 那么你自己手动实现的版本很可能优于auto-derive版本, 因为auto-derive版本通常会依次比较所有成员,很可能做了无用功。换一个角度说, 尽管auto-derive版本可能会依次检查比较每一个struct成员, 但是因为它可以采用布尔表达式的短路原则, 也许检查第一个成员就停止了,因此也很有可能快于自定义实现版。但是Hash是一个例外,它不允许短路原则,必须所有成员依次都要哈希一次才可以,不能偷懒,但如果你能够只哈希1或2个简单成员而不是大量字符串成员,那么您将很容易击败auto-derive默认实现。