基于 C++ 中的多个事物进行排序

Posted 2023-02-22

【中文标题】基于 C++ 中的多个事物进行排序

【英文标题】：Sort based on multiple things in C++

【发布时间】：2010-08-26 11:37:51

【问题描述】：

struct Record

    char Surname[20];
    char Initial;
    unsigned short int Gender; //0 = male | 1 = female
    unsigned short int Age;
;
Record X[100];

如何使用 Quicksort 将值按年龄增长进行排序，女性在男性之前，姓氏按字母顺序排列？我有一个：

bool CompareData(const int& A, const int& B)

    return Records[A].Age < Records[B].Age; //this sorts by age atm

【问题讨论】：

一定要快速排序吗？

我已经实现了快速排序，但是我不确定如何提醒 CompareData() 正确排序。

【参考方案1】：

一般模式是：

bool CompareData(const T& a, const T& b) 
 
   if (a.PrimaryCondition < b.PrimaryCondition) return true;
   if (b.PrimaryCondition < a.PrimaryCondition) return false;

   // a=b for primary condition, go to secondary
   if (a.SecondaryCondition < b.SecondaryCondition) return true;
   if (b.SecondaryCondition < a.SecondaryCondition) return false;

   // ...

   return false;
 

其中< 表示所需排序顺序中的“小于”，您可能需要为此使用自定义比较运算符（例如，strcmp 用于字符串，或者如果您想要降序排序，则反转<） （感谢哈利指出这一点）

我在所有条件下都使用了<，因为有时这是唯一可用的比较操作，例如当您必须使用未知数据类型的比较谓词时。

[编辑] 注意：最后一行return false 处理a 和b 被认为对比较器相等的情况。

想象一下a.PrimaryCondition==b.PrimaryCondition 和a.SecondaryCondition==b.SecondaryCondition - 在这种情况下，前面的条件都没有返回任何值。

【讨论】：

@Tyler：如果你想颠倒顺序，你交换return true;和return false;你不要开始使用operator >，因为正如peterchen所说，C++标准算法建立的实践库是排序由< 定义，只有<。

@peterchen false 到底支持什么？我尝试true 以保持排序的稳定性，但结果搞砸了。

@gustafbstrom：排序谓词需要返回true当且仅当a < b，即false代表a==b。有关详细信息，请参阅此处：en.cppreference.com/w/cpp/concept/Compare --- 返回 truehere 会弄乱您的结果。试想一下：相等的测试是!(a<b) && !(b<a)。您的 return true 将无法通过该测试。

@peterchen 有道理，感谢您抽出宝贵时间。

另外：即使您可以断言所有元素都是唯一的（因此在逻辑上不可能相等）我仍然观察到 a 和 b 可以引用同一个对象（至少，似乎没有相反的要求），因此返回false 仍然是必不可少的，原因与@peterchen 上述相同。

【参考方案2】：

bool CompareData(const int& A, const int& B)

    return (Records[A].Age < Records[B].Age) ||
           ((Records[A].Age == Records[B].Age) && (Records[A].Gender > Records[B].Gender)) || 
           ((Records[A].Age == Records[B].Age) && (Records[A].Gender == Records[B].Gender) &&
              (strcmp(Records[A].Surname, Records[B].Surname) < 0));

这首先按年龄进行比较，如果 A 应该根据年龄出现在 B 之前，则返回 true。

如果年龄相等，则按性别进行比较，如果根据性别（A 是女性，B 是男性），A 应该出现在 B 之前，则返回 true。

如果年龄和性别相同，则按姓氏进行比较（使用strcmp，尽管如果您使用std::string 而不是char 数组，您可能只使用<），并返回true如果 A 应该按姓氏字母顺序出现在 B 之前。

【讨论】：

谢谢 :) 这真的很有帮助。

【参考方案3】：

所有唱歌跳舞比较器的另一个选择是确保您的排序是稳定的排序（快速排序不一定是稳定的），并且每次使用不同的比较器进行多次排序。

例如

bool CompareAge (const record& l, const record& r)

  return l.age < r.age;


bool CompareGender (const record& l, const record& r)

  return l.gender < r.gender;


std::stable_sort(X, X+100, &CompareGender);
std::stable_sort(X, X+100, &CompareAge);

这可能会稍微慢一些，但可以让您更灵活地使用排序顺序

【讨论】：

但是快速排序不是稳定的。 （编辑后）正如我所说，std::sort 不稳定；你应该改用std::stable_sort。

可以的。取决于实现

根据实现来回答根本不是一个好的答案。 ;)

std::sort 也不能​​保证稳定 -> 改为 stable_sort

技术上的快速排序可能是稳定的，具体取决于您选择枢轴的方式，它只是通常不使用稳定的实现，因为它们速度较慢。由于 OP 正在实施他们自己的快速排序，我认为最好不要假设

【参考方案4】：

简单的C++解决方案是

struct Record 
    std::string Surname;
    char Initial;
    unsigned short int Gender; //0 = male | 1 = female
    unsigned short int Age;

    operator<(Record const& rhs) const 
        return std::tie(Gender, Age, Surname) < std::tie(rhs.Gender, rhs.Age, rhs.Surname);
;

但是，std::tie 直接按字段值排序。这意味着您不能使用 char[20] 并且男性将首先排序。一个简单的变体解决了这个问题：

struct Record 
    char Surname[20];
    char Initial;
    unsigned short int Gender; //0 = male | 1 = female
    unsigned short int Age;

    operator<(Record const& rhs) const 
        return std::make_tuple(~Gender, Age, std::string(Surname)) <
               std::make_tuple(~rhs.Gender, rhs.Age, std::string(rhs.Surname));
;

使用make_tuple，我们可以传递表达式。

【讨论】：

您还可以混合使用这些方法来尽可能避免复制，首先将转换后的值存储到函数局部变量中，然后返回 std::tie 的结果，尽可能使用现有成员和转换后的值除此以外。或者反转它，使用std::make_tuple，但将未修改的参数包装在std::ref/std::cref 中，以使生成的tuple 包含引用而不是值的副本。在这种情况下，没有真正的需要（因为只有一个成员是非值类型，并且必须将其转换为 string [或在 C++17 上，string_view]），但在其他情况下很有用。跨度>

如果你想混合引用和表达式，你也可以使用std::forward_as_tuple。

【参考方案5】：

最好像这样实现比较器：

bool CompareRecords(const Record& a, const Record& b)

    if (a.Age < b.Age)
        return true;
    else if (a.Age > b.Age)
        return false;

    if (a.Gender < b.Gender)
        return true;
    else if (a.Gender > b.Gender)
        return false;

    if (strcmp(a.Surname, b.Surname) < 0)
        return true;

    return false;

这使您可以轻松使用std::sort 算法。排序本身将如下所示：

std::sort(X, X + 100, &CompareRecords);

编辑

您甚至可能希望为此结构实现operator <——在这种情况下，您通常可以将Record 结构的两个对象与运算符< 进行比较。然后就不需要将第三个参数添加到std::sort。好吧，有了它并实现了operator ==，您可以进行所有可能的比较。 :)

【讨论】：

所以 std::sort 比使用我自己的 Quicksort 更好？

是的，std::sort 是更好的解决方案——只要您不想学习如何实现 Quicksort 本身。但在那种情况下，这样的排序结构并不是一个好主意。 ;)

@Johnny std::sort 比您自己的快速排序更好，主要是因为您不必编写它。除非您编程的目的是自学排序算法，否则您通常应该使用已经存在的算法。

但是我的 CompareData 返回 bool

@Johnny 关于std::sort，您的函数的问题不是它不返回bool，而是它没有将const Record& 作为参数。 std::sort 函数需要为其比较器提供实际的记录结构以进行比较，而不是像您的函数现在采用的那样对记录数组进行索引。