C++中 sort 函数的使用详解

Posted 2021-01-27 satchel

STL主要包含容器，迭代器，算法三块内容，用户可以对容器进行一系列的操作，比如遍历和计算，而STL提供的迭代器和容器完美地提供了这样的接口。其中std::vector是最常用的容器之一，vector是一个模板类，定义在命名空间namespace下，使用vector需要在包含相关头文件。今天主要讲解对vector的排序的使用。

常见的排序算法有快速排序、冒泡排序、归并排序等。STL中sort函数的实现跟STL的版本有关，而往往sort函数是由多种排序算法混合而成的。

1. vector元素为内置数据类型

STL中sort函数的使用方法如下，默认对容器进行从小到大的排序。

#include <vector> // std::vector
#include <algorithm> // std::sort

int main(){

    std::vector<int> vi{2, 0, 1, 8, 1, 2, 1, 5};
    std::sort(vi.begin(), vi.end());
　　 // 相当于 std::sort(vi.begin(), vi.end(), std::less<int>());

    for (int i = 0; i < vi.size(); ++i) {
        printf("%d ", vi[i]);
    }

    printf("
");

// output: 0 1 1 1 2 2 5 8

 

当然也可以指定对容器进行从大到小的排序：

#include <vector> // std::vector
#include <algorithm> // std::sort

int main(){

    std::vector<int> vi{2, 0, 1, 8, 1, 2, 1, 5};
    std::sort(vi.begin(), vi.end(), std::greater<int>());

    for (int i = 0; i < vi.size(); ++i) {
        printf("%d ", vi[i]);
    }

    printf("
");

// output: 8 5 2 2 1 1 1 0

 

2. vector元素为用户自定义数据类型

如果vector内的元素为用户自定义类型，并且用户想要按照自定义类型的某些组合特性进行排序。先来看看sort函数的定义：

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

 

其中前两个参数为迭代器类型，第三个参数为比较函数。下面的例子中，类Character拥有两个属性，age_ 和 name_，这里为了简单起见，变量均为public。现在需要对一个元素类型为Character的vector进行按照Character的 age_ 从小打到进行排序。

class Character {
public:
    Character(int n, string s) : age_(n), name_(s) {}
    int age_;
    string name_;
};

class Compare {
public:
    bool operator() (Character* ca, Character* cb) {
        return ca->age_ < cb->age_;
    }
};


int main(){
    vector<Character*> vc{new Character(1, "sasaki"), new Character(2, "nozomi"), new Character(1, "satchel"), new Character(6, "qingtian")};

    sort(vc.begin(), vc.end(), Compare());

    for (int i = 0; i < vc.size(); ++i) {
        printf("%s ", vc[i]->name_.c_str());
    }

    return 0;
}

// output: sasaki satchel nozomi qingtian

 

对于sort的第三个函数，用户可以自己定义任何类型的比较方式，但是需要满足 strict weak ordering 的条件：

X    a;
X    b;

Condition:                  Test              Result
a is equivalent to b:       Compare(a, b)     false
                            Compare(b, a)     false

a is less than b            Compare(a, b)     true                            
                            Compare(b, a)     false

b is less than a            Compare(a, b)     false                            
                            Compare(b, a)     true

 

上述例子中的 Compare 函数基于 Character 对象的 age_ 变量值进行比较。根据 strict weak ordering 的条件，对 vector 按照某种条件进行排序就比较好理解了。

对于 vector 的两个元素 a, b，如果 a 必须排在 b 前面，需要满足下面的条件：Compare(a, b) = true, Compare(b, a) = false; 如果满足 Compare(a, b) = false & Compare(b, a) = false，则说明两个元素是相等的；

 

拓展：对 vector 中的元素进行排序，使得 age_ 为 1 的元素排在前面，age_ != 1的元素排在后面；

分析：这种情况下 Character 被分为两类，age_ ==1 和 age_ != 1；对于任意两个 Character 对象 a, b：

1. 相等（a == b）：a->age_ == 1 && b->age_ ==1，或者 a->age_ != 1 && b->age_ != 1；

2. 小于（a < b）：a->age_ == 1 && b->age_ != 1；

class Compare {
public:
    bool operator() (Character* ca, Character* cb) {
        if (ca->age_ == 1 && cb->age_ == 1 ||
            ca->age_ != 1 && cb->age_ != 1) return false;
        return ca->age_ == 1;
    }
};

 

完整的测试代码：

class Character {
public:
    Character(int n, string s) : age_(n), name_(s) {}
    int age_;
    string name_;
};

class Compare {
public:
    bool operator() (Character* ca, Character* cb) {
        if (ca->age_ == 1 && cb->age_ == 1 ||
            ca->age_ != 1 && cb->age_ != 1) return false;
        return ca->age_ == 1;
    }
};


int main() {
    vector<Character*> vc{ new Character(1, "sasaki"), new Character(2, "nozomi"), new Character(1, "satchel"), new Character(6, "qingtian") };

    sort(vc.begin(), vc.end(), Compare());

    for (int i = 0; i < vc.size(); ++i) {
        printf("%s ", vc[i]->name_.c_str());
    }

    return 0;
}

// output: sasaki satchel nozomi qingtian

 

Reference:

1. std::sort

2. comparator

3. strict weak order