sort 的 comp 为什么要求严格弱序

前言

在使用 STL 提供的 sort 时，默认提供的排序方式可能不满足我们的需求，sort 也支持用户指定一个彷函数作为排序标准。有时，明明只是多了个等号又为什么错了呢？本文就带你解决这个疑惑。

先来看下这段代码：

struct{
	bool operator()(int a, int b) {
		return a <= b;
	}
} cmp;

int main() {
	vector<int> q = { 1, 0, 0, 2 };
	sort(q.begin(), q.end(), cmp);
	return 0;
}

运行时，VS 2022 报出异常错误：invalid comparator。可以我们彷函数内只有一条语句，没有问题呀，下面就为你解答。

规定

在解决这个问题之前，先来看下 C++ 对这部分是如何规定的。

template< class RandomIt, class Compare >
void sort( RandomIt first, RandomIt last, Compare comp );

comp：比较函数对象（即满足比较 (Compare) 概念的对象），在第一参数小于（即先序于）第二参数时返回 true。

比较函数的签名应等价于如下：

bool cmp(const Type1 &a, const Type2 &b)

根据这些描述，我们可以得知：在等于时要返回 false，不能返回 true。

解答

为了解释这个问题，我们来看一段 sort 中关于快排部分的源码：

template <class RandomAccessIterator, class T, class Compare>
    RandomAccessIterator __unguarded_partition(RandomAccessIterator first, 
                                               RandomAccessIterator last, 
                                               T pivot, Compare comp) {
    while (true) {
        while (comp(*first, pivot)) {	// 向后寻找大于等于枢轴的值
            ++first;
        }
        --last;
        while (comp(pivot, *last)) {	// 向前寻找小于等于枢轴的值
            --last;
        }
        if (!(first < last)) {
            return first;
        }
        iter_swap(first, last);
        ++first;
    }
}

问题出在我们比较两个元素值的时候，并没有判断迭代器的位置。如果在等于时也返回 true，在 first 即使遇到枢轴也不会停下，比如下面这种情况：

这时 first 会一直向后走，直到越届也不会停下来。其实并不只是这里有问题，在 sort 使用的插入排序中也有类似的实现，因此相等时一定要返回 false。