3者間比較

コンピュータサイエンスでは、3 者間比較は、全順序を持つ型に属する 2 つの値 A と B を取り、数学的な三分法の法則に従って、1 回の演算で A < B、A = B、または A > B のいずれであるかを決定します。

これは、関数( Cなどstrcmp) 、メソッド( Javaなど) 、または演算子( Perl、PHP、C++の宇宙船演算子など)として実装できます。 compareTo <=>

多くのプロセッサには、プリミティブ型に対するこのような演算をサポートする命令セットがあります。一部のマシンには、符号と絶対値に基づく符号付き整数、または1 の補数表現 (符号付き数値表現を参照) があり、どちらも区別された正と負のゼロを許容します。一貫した全順序が採用されている限り、これは三分法に違反しません。つまり、-0 = +0 または -0 < +0 のいずれかが有効です。ただし、一般的な浮動小数点型には三分法の例外があります。特別な値 "NaN" ( Not a Number )があり、 x < NaN、x > NaN、x = NaN はすべて、すべての浮動小数点値x (NaN 自体を含む) に対して false になります。

Cでは、関数strcmpと はmemcmpそれぞれ文字列とメモリ バッファの 3 者間比較を実行します。最初の引数が2 番目の引数より辞書式に小さい場合は負の数を返し、引数が等しい場合は 0 を返し、それ以外の場合は正の数を返します。この「差の符号」を返す規則は、標準のソート関数 によって任意の比較関数に拡張されます。qsortこの関数は比較関数を引数として受け取り、それに従うことを要求します。

Perl （数値比較のみ、演算子はcmp文字列の字句比較に使用）、PHP（バージョン7以降）、Ruby、Apache Groovyでは、「宇宙船演算子」は、<=>それぞれA < B、A = B、A > Bに応じて値-1、0、1を返します。Python 2.x cmp（3.xでは削除）、OCaml compare、Kotlin compareTo関数は同じものを計算します。Haskell標準ライブラリでは、3方向比較関数がクラス内のすべての型に対して定義されています。この関数は、値が（より小さい）、（等しい）、（より大きい）である型を返します。[ 1 ^]compareOrd OrderingLTEQGT

データの順序= LT | EQ | GT       

多くのオブジェクト指向プログラミング言語には、オブジェクトと別の指定されたオブジェクトとの間で 3 方向の比較を実行する 3 方向比較関数があります。たとえば、Javaでは、インターフェイスを実装するすべてのクラスにcompareTo メソッドがあり、このメソッドは負の整数、ゼロ、または正の整数を返すか、(一方または両方のオブジェクトが の場合) をスローします。同様に、.NETフレームワークでは、インターフェイスを実装するすべてのクラスにこのような CompareTo メソッドがあります。C ++では、3 方向比較が可能なすべてのクラスは、std::compare_three_way、std::strong_order、std::weak_order、または std::partial_orderのインスタンスのパラメータにすることができます。 ComparableNullPointerExceptionnullIComparable

Java バージョン 1.5 以降では、以下で説明する算術オーバーフローMath.signumなどの計算上の問題がなく、差がわかる場合は、静的メソッドを使用して同じことを計算できます。多くのコンピュータ言語では関数の定義が許可されているため、compare(A,B) を適切に考案できますが、その内部定義で何らかの 3 方向構文を使用できるかどうか、または繰り返しテストに頼らなければならないかどうかが問題になります。

3 方向比較演算子またはメソッドがまだ利用できない 3 方向比較を実装する場合、A = B と A < B、または A < B と A > B などの 2 つの比較を組み合わせるのが一般的です。原理的には、コンパイラはこれらの 2 つの式を 1 つの比較とそれに続く複数の結果テストに置き換えることができると推測する可能性がありますが、この最適化に関する記述は、この主題に関するテキストには見つかりません。

場合によっては、A と B を減算し、結果の符号を調べることで、3 者間比較をシミュレートできます。これは、数値の符号を調べるための特別な命令を利用することによって行われます。ただし、これには、A と B の型に明確に定義された差異があることが必要です。固定幅の符号付き整数は減算時にオーバーフローする可能性があり、浮動小数点数は未定義の符号を持つNaN値を持ち、文字列には全体の順序に対応する差異関数がありません。マシン レベルでは、オーバーフローは通常追跡され、減算後の順序を決定するために使用できますが、この情報は通常、高水準言語では利用できません。

プログラミング言語によって提供される3 方向条件の 1 つのケースとして、 Fortranの現在は非推奨となっている 3 方向算術 IFステートメントは算術式の符号を考慮し、結果の符号に応じてジャンプする 3 つのラベルを提供します。

     IF (式)負、ゼロ、正  

Cおよび関連言語の共通ライブラリ関数strcmp は、文字列の 3 方向辞書式比較です。ただし、これらの言語には、他のデータ型の一般的な 3 方向比較がありません。

数値の3者間比較演算子または「宇宙船演算子」は、Perl、Ruby、Apache Groovy、PHP、Eclipse Ceylon、C++<=>ではと表記され、宇宙船演算子と呼ばれます。^[2]

C++では、C++20リビジョンで宇宙船演算子が追加されました。<=>これは、2つの値が等しいか、小さいか、大きいか、順序付けられていないかをエンコードした値を返します。比較の厳密さに応じて異なる型を返すことができます。^[3]

名前の由来は、ランドール・L・シュワルツにHP BASICの スタートレックゲームに登場する宇宙船を思い出させたことによる。^{[4]別のプログラマーは、}スターウォーズサーガに登場するダース・ベイダーのTIEファイターに似ていることからこの名前が付けられたと示唆している。^[5]

PHP の例:

エコー 1  <=>  1 ;  // 0
エコー 1  <=>  2 ;  // -1
エコー 2  <=>  1 ;  // 1

C++ の例:

1 <=> 1 ; // std::strong_ordering::equal と評価されます1 <=> 2 ; // std::strong_ordering::less と評価されます2 <=> 1 ; // std::strong_ordering::greater と評価されます   
   
   

3 方向比較は、2 方向比較とは異なり、非プリミティブ データ型の 辞書式比較を簡単に作成および構築できるという特性があります。

以下は Perl での構成例です。

sub compare ($$) { my ( $a , $b ) = @_ ; return $a -> { unit } cmp $b -> { unit } || $a -> { rank } <=> $b -> { rank } || $a -> { name } cmp $b -> { name }; }  
        
       
           
           

cmpPerl では、 は文字列用であり、 は<=>数値用であることに注意してください。双方向の等価表現は、簡潔さに欠ける傾向がありますが、必ずしも読みにくくなるわけではありません。上記は、演算子の短絡評価||と、Perl では 0 が偽と見なされるという事実を利用しています。結果として、最初の比較が等しい場合 (つまり 0 と評価される場合)、2 番目の比較に「フォールスルー」し、非ゼロが見つかるか、最後まで到達するまで続きます。

Python、Ruby、Haskellなどの一部の言語では、リストの比較は辞書順に行われます。つまり、値を必要な順序でリストに入れることによって、上記の例のような比較のチェーンを構築することができます。たとえば、 Ruby では次のようになります。

[ a .ユニット, a .ランク, a .名前] <=> [ b .ユニット, b .ランク, b .名前]      

C++ の場合:

std :: tie ( a.unit , a.rank , a.name ) <=> std :: tie ( b.unit , b.rank , b.name )​​​​​​​​​​​​      

• 符号関数
• strcmp