探究STL 优先队列的自定义比较方式与 sort() 等泛型算法的自定义比较方式的区别
前言
最近在刷算法题，常常需要自定义比较函数作为作为函数对象送入 stl 中，遇到了下面的问题：
泛型算法 sort() 实现从小到大的递增关系是这么写：
//sort 函数的模板声明 // 可以看出，排序要求容器支持随机访问迭代器，类似于数组的那种下标偏移访问 // 这里 _Compare 是类型， __comp 是实例，调用 sort 需要传入的就是 __comp 实例 template <class _RandomAccessIter, class _Compare> inline void sort(_RandomAccessIter __first, _RandomAccessIter __last, _Compare __comp) //利用priority_queue 实现元素间关系为递增(实现最小堆) 的方法如下： //自定义比较函数，排序时传入函数指针，编译器会进行类型推导做模板特化 bool cmp (const T& a, const T& b) { return a.x < b.x; } //对于自定义结构体，可重载 < 运算符，排序时会默认调用 operator < struct T{ friend bool operator < (const T& a) { return this.x < a.x; } };
而优先队列里是这么写：
// priority_queue 实现使用的默认比较是 operator< ,是最大堆数据结构，即队列头元素值最大 template <class _Tp, class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(vector<_Tp>), class _Compare __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(less<typename _Sequence::value_type>) class priority_queue; // 注意点：如果传入自己的仿函数，那么第二个存储类型也要传入
//利用priority_queue 实现元素间关系为递增(实现最小堆) 的方法如下： //仿函数 struct cmp { bool operator () (const T& a, const T& b) const { return a.x > b.x; } } //自定义结构体中重载 < struct T { Type_2 x; friend bool operator < (const T&a, const T& b) { return a.x > b.x; } }
同样是实现元素的递增关系即 “前一元素的x分量 < 后一元素的x分量”，为什么前一个是 “a.x < b.x”，而后一个是"a.x > b.x" 呢？
分析 sort()
先拿 sort() 进行分析，排序类的泛型算法很多，它们的 cmp 写法是相似的，这里先看一份冒泡排序实现递增关系如 <1, 2, 3 ..> 的写法，传入的 cmp 将特化为 Compare 实例 comp ，使得容器中的相邻元素按 cmp 中的逻辑进行排序。
#include <iostream> template <class BidirectionalIt, class Compare> //双向迭代器 void bubble_sort(BidirectionalIt first, BidirectionalIt last, Compare comp) { for (; first != last; --last) for (BidirectionalIt current = first, next = first; ++next != last; ++current) if (!comp(*current, *next)) std::swap(*current, *next); } } bool cmp (int a, int b){ return a < b; }
一言以蔽之，就是元素将按照 cmp 中定义的逻辑关系进行排列。
虽然 sort() 是用“快排+堆排+插入”实现的而并非冒泡，但是原理是一样的。
分析 priority_queue
现在我们再来看看优先队列。
STL优先队列模板：priority_queue<Type, Container, Functional> ，参数分别对应的是“元素类型”、“容器类型”、“比较函数”。
注意，优先队列不是 STL 的容器，而是由 底层容器 vector/deque 实现的模板类，缺省情况下它利用 MAX-HEAP 实现，而 MAX-HEAP 是 vector 实现的完全二叉树，这样的东西称为适配器 (adapter)。
在优先队列中默认优先级高的元素先出队列，具体操作是使用函数对象 less<> 重载了 “<”，所以这里优先级的高低是由 “<” 确定的，所以当我们按下面的形式写：
priority_queue<int> pQueue;
通过操作符 < 知道元素关键字大的优先级高，此时是最大堆。若每次从堆顶取一个元素，最后得到一个序列，那么序列中元素的关系是递减的。
我们想要让元素的关系是递增该怎么做？
第一种办法：使用与 less<>作用相反的函数对象 greater<> 。
ex：如下
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >qi2;
第二种办法：在自定义结构体中重载 < ，通过它实现对自定义数据类型的优先级的定义。
ex：通过重载 operator < 操作符以比较元素的优先级
struct T{ DataType key; friend bool operator < (const T& a, const T& b) { return a.key > b.key; } };
逻辑是这样：假设 a.key > b.key 为 TRUE ，由于默认是最大堆，此时优先队列会认为 a < b ，即 b 的优先级比 a 高，所以 b会被先出队，这样就实现了关键字小的元素先出队。最后输出的序列是按关键字递增的。
但此时不能像基本类型这样声明 ：priority_queue<T, vector<T>, greater<T> > (注意空格);
而是只能这样声明：priority_queue<T>
原因是 greater<T> 没有定义，如果想用这种方法定义，则使用方法3。
注意，这种办法有缺点，如果有两个模板容器对同一个自定义数据结构需要不同的比较器，那么办法就不如函数对象适用了。
第三种办法：通过函数对象以定义元素的优先级。
ex：如下
struct T { int x; T(int xx) : x(xx) {} }; struct cmp{ bool operator () (const T& a, const T& b) const
{ return a.x > b.x; } };
逻辑和 2 是一样的。这里重载了 () 的目的是使得 cmp 成为像 less<> 一样的函数对象，作为新的比较比较级的规则以 priority_queue 第三个参数的形式传入 priority_queue 中。
总结
优先队列的“比较级”概念与”由MAX-HEAP实现“这一特性，使得自定义比较函数中需要这么写： "a.x>b.x" 。
延伸阅读
永远让比较函数对相等的值返回false(来自Effective C++)
C++中的 sort 使用自定义比较函数的具体运行过程是怎样的呢？
