每周技巧 #231：这里和那里之间：几个容易忽视的小算法

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本文翻译自 Abseil 官网的 Tip of the Week #231: Between Here and There: Some Minor Overlooked Algorithms。

原文最初作为 TotW #231 发布于 2024 年 3 月 7 日。

作者：James Dennett

更新于 2024 年 9 月 30 日。

快捷链接：abseil.io/tips/231

概览

在较新的 C++ 版本中，标准库添加了几个函数，它们唯一的工作是在两个点 x 和 y 之间的某处提供某个（特定的！）点：std::clamp（C++17 起），以及 std::midpoint 和 std::lerp（C++20 起）。

把这些函数模板加入标准库有两个主要目的。第一，它为这些操作建立了可能被广泛识别的通用术语（词汇）。第二，特别是在 std::midpoint 和 std::lerp 的情况下，它确保我们可以使用高质量实现，来避免常见陷阱。

这些操作都是 constexpr，意味着它们可以在运行期和编译期使用。能传给它们的类型取决于具体操作；它们都支持浮点类型，而 std::midpoint 和 std::clamp 提供了额外灵活性。细节如下。

std::clamp

std::clamp(x, min, max) 会把 x “夹紧”到 [min, max] 范围内。更明确地说，如果 x 已经在 min 到 max 的范围内（含端点），那么 std::clamp(x, min, max) 返回 x；如果 x 在范围之外，std::clamp 返回 min 或 max 中更接近 x 的那个。这等价于 std::max(std::min(x, max), min)，但它是更直接表达意图的方式（也不那么考验读者）。

警告：虽然 std::clamp 返回一个引用，但依赖这一点的代码微妙且不常见，应该添加注释提醒读者。向 std::clamp 传入临时对象并把结果绑定到引用，很容易意外创建悬垂引用：

1 2 3

// `std::clamp(1, 3, 4)` 返回一个引用，指向由 `3` 初始化的临时 int， // 不能在该临时对象生命周期结束后使用它。见技巧 #101。 const int& dangling = std::clamp(1, 3, 4);

std::clamp 适用于任何可用 < 比较的类型（或使用用户传给 std::clamp(x, min, max, cmp) 的比较器）。

std::midpoint

std::midpoint 的作用没有惊喜：std::midpoint(x, y) 返回 x 和 y 中间的点（当 x 和 y 是整数类型时，向 x 方向舍入）。

std::midpoint(x, y) 适用于任意浮点或整数类型（不包括 bool）的值 x、y。额外 bonus 是，std::midpoint(p, q) 也适用于数组中的指针 p、q。

std::lerp

std::lerp 中的 lerp 是 “linear interpolation”（线性插值）的缩写，std::lerp(x, y, t) 返回从 x 到 y 路程中比例为 t 的某个值。例如，std::lerp(x, y, 0) 返回 x，std::lerp(x, y, 1) 返回 y，std::lerp(x, y, 0.5) 可以简化为 std::midpoint(x, y)。

注意：尽管名字如此，如果传入范围 [0, 1] 之外的 t，std::lerp 也可用于外推。例如，std::lerp(100, 101, -2) 求值为 98，std::lerp(100, 101, +2) 为 102。

std::lerp 适用于浮点类型。

建议

1. 这些库函数的主要好处之一是提供通用词汇。一如既往，优先使用这些标准设施，而不是从头编写。
2. 适用时，优先使用 std::midpoint(x, y)，而不是 std::lerp(x, y, 0.5)。
3. 避免声明对 std::clamp 结果的引用。

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