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[Rust 트레이트 시리즈] 18. PartialOrd와 Ord: 순서 비교와 정렬

author: anonymous.rs

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PartialOrd와 Ord: 순서 비교와 정렬

PartialOrd와 Ord 트레이트는 <(보다 작음), >(보다 큼), <=(작거나 같음), >=(크거나 같음)와 같은 순서 비교 연산자를 사용자 정의 타입에 적용할 수 있게 해줍니다. 더 나아가, 타입의 인스턴스들을 정렬(sorting)하는 기준을 제공하여 Vec::sort 같은 표준 라이브러리 기능을 활용할 수 있게 합니다.

PartialOrd: 부분 순서

PartialOrd는 ‘부분 순서(Partial Ordering)‘를 의미하며, 이름에서 알 수 있듯이 타입의 모든 값들 사이에 항상 명확한 순서를 정할 수 없는 경우에 사용됩니다.

PartialOrd 트레이트는 partial_cmp 메서드를 구현해야 합니다.

pub trait PartialOrd<Rhs: ?Sized = Self>: PartialEq<Rhs> {
    fn partial_cmp(&self, other: &Rhs) -> Option<Ordering>;
    // ... <, >, <=, >= 메서드들은 partial_cmp를 사용한 기본 구현을 가짐 ...
}
  • partial_cmp는 Option<Ordering>을 반환합니다. Ordering은 Less, Equal, Greater 세 가지 값을 가지는 열거형입니다.
  • 두 값을 비교할 수 없는 경우 None을 반환합니다. 이 때문에 ‘부분’ 순서라고 불립니다.
  • PartialEq와 마찬가지로, 부동소수점 타입(f32, f64)이 대표적인 예입니다. NaN은 다른 어떤 숫자와도 크기 비교가 불가능하므로, partial_cmp는 None을 반환합니다.

#[derive(PartialOrd)]

PartialOrd 역시 #[derive]를 통해 쉽게 구현할 수 있습니다. 이 경우, 구조체의 필드들이 위에서 아래 순서대로 사전식(lexicographical)으로 비교됩니다.

#[derive(Debug, PartialEq, PartialOrd)] // PartialOrd는 PartialEq를 요구합니다.
struct HighScore {
    score: u32,
    player_name: String,
}
 
fn main() {
    let s1 = HighScore { score: 100, player_name: "Alice".to_string() };
    let s2 = HighScore { score: 100, player_name: "Bob".to_string() };
    let s3 = HighScore { score: 90, player_name: "Charlie".to_string() };
 
    // score가 같으므로, player_name으로 비교합니다. 'A' < 'B' 이므로 s1 < s2 입니다.
    assert!(s1 < s2);
    // score가 다르므로, score로 비교합니다. 100 > 90 이므로 s2 > s3 입니다.
    assert!(s2 > s3);
}

Ord: 완전 순서

Ord는 ‘완전 순서(Total Ordering)‘를 의미하며, 타입의 모든 값들 사이에 명확한 순서가 존재함을 보장합니다. None을 반환하는 경우가 없으므로, 비교 불가능한 상황이 없습니다.

Ord 트레이트는 cmp 메서드를 구현하며, PartialOrd와 Eq를 모두 구현해야 합니다.

pub trait Ord: Eq + PartialOrd<Self> {
    fn cmp(&self, other: &Self) -> Ordering;
}
  • cmp는 Option으로 감싸지 않은 Ordering을 직접 반환합니다.
  • 타입이 Ord를 구현해야만 Vec::sort()를 호출하거나 BTreeMap의 키로 사용할 수 있습니다.

#[derive(Ord)]

Ord 역시 #[derive]로 구현할 수 있으며, PartialOrd, PartialEq, Eq를 함께 파생해야 합니다.

#[derive(Debug, Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd)]
struct Person {
    age: u32,
    name: String,
}
 
fn main() {
    let mut people = vec![
        Person { age: 30, name: "Alice".to_string() },
        Person { age: 25, name: "Bob".to_string() },
        Person { age: 30, name: "Aaron".to_string() },
    ];
 
    // `Person`이 `Ord`를 구현했으므로, .sort()를 호출할 수 있습니다.
    // 기본적으로 age 오름차순, age가 같으면 name 오름차순으로 정렬됩니다.
    people.sort();
 
    // 정렬 결과: [Person { age: 25, ... }, Person { age: 30, name: "Aaron"... }, Person { age: 30, name: "Alice"... }]
    println!("{:#?}", people);
}

수동 구현

만약 기본 사전식 순서가 아닌 다른 기준으로 정렬하고 싶다면 Ord와 관련 트레이트들을 직접 구현해야 합니다. 예를 들어, HighScore를 점수 내림차순으로 정렬하고 싶다면 cmp 메서드의 로직을 반대로 구현할 수 있습니다.

use std::cmp::Ordering;
 
#[derive(Debug, Eq, PartialEq)]
struct HighScore {
    score: u32,
    player_name: String,
}
 
// `Ord`를 수동으로 구현하여 점수(score) 내림차순으로 정렬
impl Ord for HighScore {
    fn cmp(&self, other: &Self) -> Ordering {
        // self와 other의 순서를 바꿔서 비교하면 정렬 순서가 반대가 됩니다.
        other.score.cmp(&self.score)
    }
}
 
// `PartialOrd`는 `Ord`의 `cmp`를 사용하여 간단히 구현할 수 있습니다.
impl PartialOrd for HighScore {
    fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<Ordering> {
        Some(self.cmp(other))
    }
}
// ...

결론

PartialOrd와 Ord는 사용자 정의 타입에 순서를 부여하는 강력한 도구입니다. #[derive]를 통해 대부분의 경우 쉽게 정렬 기준을 만들 수 있으며, 이를 통해 벡터를 정렬하거나 BTreeMap과 같은 순서 기반의 자료구조를 활용하는 등 러스트의 풍부한 표준 라이브러리 기능을 최대한 활용할 수 있게 됩니다.

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