看看C++快排(sort)源码

Posted 2023-01-15 朱铭德

说到排序第一反应是直接调用sort函数

	vector<int>test =  2,1,5,2,3,6,233,4 ;
	sort(test.begin(), test.end());

当然也可以自己定义一个比较的函数：

bool more(int a, int b)  return a > b; 

	vector<int>test =  2,1,5,2,3,6,233,4 ;
	sort(test.begin(), test.end(),more);

非常方便简单，下面我们来看看sort函数的实现机制。

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首先sort函数调用_STD sort  

这里的less<>()其实是比较的机制，默认sort函数是升序，所以左<右

voidd sort(_RanIt _First, _RanIt _Last)
      	// order [_First, _Last), using operator<
	_STD sort(_First, _Last, less<>());
	

_STD sort调用的是_Sort_unchecked  

参数_Pr _Pred就是比较的方法……这里是升序的是否小于

当然我们也可以用三参数的sort函数，自己定义比较的方式……

void sort(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Pr _Pred)
		// order [_First, _Last), using _Pred
	_DEBUG_RANGE(_First, _Last);
	_Sort_unchecked(_Unchecked(_First), _Unchecked(_Last), _Pred);
	

_Sort_unchecked调用的_Sort_unchecked1(_First, _Last, _Last - _First, _Pred);

void _Sort_unchecked(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Pr& _Pred)
		// order [_First, _Last), using _Pred
	_Sort_unchecked1(_First, _Last, _Last - _First, _Pred);
	

_Sort_unchecked1源码如下：

_Diff是两个迭代器相减的结果（可以认为是排序内容的长度）

1.当长度n小于32的时候，直接调用插入排序

2.当长度n大于32时，先用快排处理1.5*log2(n)次，如果长度还是大于32——说明这个数组不太适合用快排，所以调用堆排序来处理

3.处理1.5*log2(n)次后如果长度小于32，调用插入排序

4.处理快排用到下一个的函数_Partition_by_median_guess_unchecked

	void _Sort_unchecked1(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Diff _Ideal, _Pr& _Pred)
		// 区间为 [_First, _Last)
	_Diff _Count;//排序内容的长度
	while (_ISORT_MAX < (_Count = _Last - _First) && 0 < _Ideal)
		//const int _ISORT_MAX = 32;//大于32才开始快排，否则直接插入排序...
		//当数组首尾的长度大于32的时候才开始愉快地快排，并且排的区间长度>0
			// divide and conquer by quicksort
		pair<_RanIt, _RanIt> _Mid =
			_Partition_by_median_guess_unchecked(_First, _Last, _Pred);
		_Ideal /= 2, _Ideal += _Ideal / 2;	// allow 1.5 log2(N) divisions

		if (_Mid.first - _First < _Last - _Mid.second)//少的那部分接着迭代…
				// loop on second half
			_Sort_unchecked1(_First, _Mid.first, _Ideal, _Pred);//迭代少的那一半
			_First = _Mid.second;
			
		else
				// loop on first half
			_Sort_unchecked1(_Mid.second, _Last, _Ideal, _Pred);
			_Last = _Mid.first;
			
		

	if (_ISORT_MAX < _Count)
			// heap sort if too many divisions
		_Make_heap_unchecked(_First, _Last, _Pred);
		_Sort_heap_unchecked(_First, _Last, _Pred);
		
	else if (2 <= _Count)
		_Insertion_sort_unchecked(_First, _Last, _Pred);	// small
	

主要作用：估计出中间值（“猜一猜”，具体策略——见下一个的函数），然后把数据分成小于中间值和大于中间值的两组，分别放在左边和右边

Mid的类型是pair<RanIt,RanIt>两个值分别为左半的尾巴以及右半的开始

值得注意的是要处理两种情况：

1.中间值相等，往mid里塞就好……

2.首尾没空间的时候——mid的两个值互换一下，再和另一端交换一下……

	pair<_RanIt, _RanIt>
		_Partition_by_median_guess_unchecked(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Pr& _Pred)
		// partition [_First, _Last), using _Pred
	_RanIt _Mid = _First + (_Last - _First) / 2;//中间值
	_Guess_median_unchecked(_First, _Mid, _Last - 1, _Pred);
	_RanIt _Pfirst = _Mid;//Pfirst从中间开始
	_RanIt _Plast = _Pfirst + 1;//Plast从中间后一位开始

	while (_First < _Pfirst //Pfirst从中间往左还没遍历到开始
		&& !_DEBUG_LT_PRED(_Pred, *(_Pfirst - 1), *_Pfirst)//如果是有效的，并且比较一下
		&& !_Pred(*_Pfirst, *(_Pfirst - 1)))//这两条表示相等…
		--_Pfirst;//左移一位
	while (_Plast < _Last   //Plast从中间往右挪
		&& !_DEBUG_LT_PRED(_Pred, *_Plast, *_Pfirst)
		&& !_Pred(*_Pfirst, *_Plast))//相等就接着往右挪一位
		++_Plast;

	_RanIt _Gfirst = _Plast;
	_RanIt _Glast = _Pfirst;

	for (; ; )
			// partition
		//移动Gfirst和Glast遍历
		for (; _Gfirst < _Last; ++_Gfirst)
			if (_DEBUG_LT_PRED(_Pred, *_Pfirst, *_Gfirst)) //如果Gfirst比Pfirst大，就继续，没毛病
				;
			else if (_Pred(*_Gfirst, *_Pfirst)) //如果Gfirst比Pfirst小...(假设规则为小于），退出，等着被换……
				break;
			else if (_Plast++ != _Gfirst) //相等了，所以就++一下（找到一个等于中间值的）
				_STD iter_swap(_Plast - 1, _Gfirst);//往回拉一下
		for (; _First < _Glast; --_Glast)
			if (_DEBUG_LT_PRED(_Pred, *(_Glast - 1), *_Pfirst))
				;
			else if (_Pred(*_Pfirst, *(_Glast - 1)))
				break;
			else if (--_Pfirst != _Glast - 1)
				_STD iter_swap(_Pfirst, _Glast - 1);
		if (_Glast == _First && _Gfirst == _Last)
			return (pair<_RanIt, _RanIt>(_Pfirst, _Plast));

		if (_Glast == _First)//处理尾部没空间的情况
				// no room at bottom, rotate pivot upward
			if (_Plast != _Gfirst)
				_STD iter_swap(_Pfirst, _Plast);
			++_Plast;
			_STD iter_swap(_Pfirst++, _Gfirst++);
			
		else if (_Gfirst == _Last)//处理头部没空间的情况
				// no room at top, rotate pivot downward
			if (--_Glast != --_Pfirst)
				_STD iter_swap(_Glast, _Pfirst);
			_STD iter_swap(_Pfirst, --_Plast);
			
		else
			_STD iter_swap(_Gfirst++, --_Glast);//换一下。。。
		
	

其中_Guess_median_unchecked函数为：

1.当长度大于40的时候多分几段，这样比较靠谱…把最中间的挪到mid位置…

2.不太长的时候就三个位置比较及交换一下

3._Med3_unchecked函数的主要作用是把三个数按比较方式排列一下…（迭代器/指针交换

	void _Guess_median_unchecked(_RanIt _First, _RanIt _Mid, _RanIt _Last, _Pr& _Pred)
		// sort median element to middle
	if (40 < _Last - _First)
			// median of nine
		size_t _Step = (_Last - _First + 1) / 8;
		_Med3_unchecked(_First, _First + _Step, _First + 2 * _Step, _Pred);
		_Med3_unchecked(_Mid - _Step, _Mid, _Mid + _Step, _Pred);
		_Med3_unchecked(_Last - 2 * _Step, _Last - _Step, _Last, _Pred);
		_Med3_unchecked(_First + _Step, _Mid, _Last - _Step, _Pred);
		
	else
		_Med3_unchecked(_First, _Mid, _Last, _Pred);
	

源码确实看着有些吃力，好歹是看完了……