容器元素排序
排序是一项很常见的任务,并且可以通过各种各样的方式进行。每个计算机科学专业的学生,都学过很多排序算法(包括这些算法的性能和稳定性)。
因为这是个已解决的问题,所以开发者没必要浪费时间再次来解决排序问题,除非是出于学习的目的。
How to do it…
本节中,我们将展示如何使用std::sort
和std::partial_sort
。
首先,包含必要的头文件和声明所使用的命名空间。
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <random>
using namespace std;
我们将打印整数在
vector
出现的次数,为了缩短任务代码的长度,我们在这里写一个辅助函数:static void print(const vector<int> &v)
{
copy(begin(v), end(v), ostream_iterator<int>{cout, ", "});
cout << '\n';
}
我们开始实例化一个
vector
:int main()
{
vector<int> v {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
因为我们将使用不同的排序函数将
vector
多次打乱,所以我们需要一个随机数生成器:random_device rd;
mt19937 g {rd()};
std::is_sorted
函数会告诉我们,容器内部的值是否已经经过排序。所以这行将打印到屏幕上:cout << is_sorted(begin(v), end(v)) << '\n';
std::shuffle
将打乱vector
中的内容,之后我们会再次对vector
进行排序。前两个参数是容器的首尾迭代器,第三个参数是一个随机数生成器:shuffle(begin(v), end(v), g);
现在
is_sorted
函数将返回false,所以0将打印在屏幕上,vector
的元素总量和具体数值都没有变,不过顺序发生了变化。我们会将函数的返回值再次打印在屏幕上:cout << is_sorted(begin(v), end(v)) << '\n';
print(v);
现在,在通过
std::sort
对vector
进行排序。然后打印是否排序的结果:sort(begin(v), end(v));
cout << is_sorted(begin(v), end(v)) << '\n';
print(v);
另一个比较有趣的函数是
std::partition
。有时候,并不需要对列表完全进行排序,只需要比它前面的某些值小就可以。所以,让使用partition
将数值小于5的元素排到前面,并打印它们:shuffle(begin(v), end(v), g);
partition(begin(v), end(v), [] (int i) { return i < 5; });
print(v);
下一个与排序相关的函数是
std::partial_sort
。我们可以使用这个函数对容器的内容进行排序,不过只是在某种程度上的排序。其会将vector
中最小的N个数,放在容器的前半部分。其余的留在vector
的后半部分,不进行排序:shuffle(begin(v), end(v), g);
auto middle (next(begin(v), int(v.size()) / 2));
partial_sort(begin(v), middle, end(v));
print(v);
当我们要对没做比较操作符的结构体进行比较,该怎么办呢?让我们来定义一个结构体,然后用这个结构体来实例化一个
vector
:struct mystruct {
int a;
int b;
};
vector<mystruct> mv { {5, 100}, {1, 50}, {-123, 1000},
{3, 70}, {-10, 20} };
std::sort
函数可以将比较函数作为第三个参数进行传入。让我们来使用它,并且传递一个比较函数。为了展示其实如何工作的,我们会对其第二个成员b进行比较。这样,我们将按mystruct::b
的顺序进行排序,而非mystruct::a
的顺序:sort(begin(mv), end(mv),
[] (const mystruct &lhs, const mystruct &rhs) {
return lhs.b < rhs.b;
});
最后一步则是打印已经排序的
vector
:for (const auto &[a, b] : mv) {
cout << "{" << a << ", " << b << "} ";
}
cout << '\n';
}
编译运行程序。第一个1是由
std::is_sorted
所返回的。之后将vector
进行打乱后,is_sorted
就返回0。第三行是打乱后的vector
。下一个1是使用sort之后进行打印的。然后,vector
会被再次打乱,并且使用std::partition
对部分元素进行排序。我们可以看到所有比5小的元素都在左边,比5大的都在右边。我们暂且将现在的顺序认为是乱序。倒数第二行展示了std::partial_sort
的结果。前半部分的内容进行了严格的排序,而后半部分则没有。最后一样,我们将打印mystruct
实例的结果。其结果是严格根据第二个成员变量的值进行排序的:$ ./sorting_containers
1
0
7, 1, 4, 6, 8, 9, 5, 2, 3, 10,
1
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,
1, 2, 4, 3, 5, 7, 8, 10, 9, 6,
1, 2, 3, 4, 5, 9, 8, 10, 7, 6,
{-10, 20} {1, 50} {3, 70} {5, 100} {-123, 1000}
How it works…
这里我们使用了很多与排序算法相关的函数:
算法函数 | 作用 |
---|---|
std::sort | 接受一定范围的元素,并对元素进行排序。 |
std::is_sorted | 接受一定范围的元素,并判断该范围的元素是否经过排序。 |
std::shuffle | 类似于反排序函数;其接受一定范围的元素,并打乱这些元素。 |
std::partial_sort | 接受一定范围的元素和另一个迭代器,前两个参数决定排序的范围,后两个参数决定不排序的范围。 |
std::partition | 能够接受谓词函数。所有元素都会在谓词函数返回true时,被移动到范围的前端。剩下的将放在范围的后方。 |
对于没有实现比较操作符的对象来说,想要排序就需要提供一个自定义的比较函数。其签名为bool function_name(const T &lhs, const T &rhs)
,并且在执行过程中无副作用。
当然排序还有其他类似std::stable_sort
的函数,其能保证排序后元素的原始顺序,std::stable_partition
也有类似的功能。
Note:
std::sort
对于排序有不同的实现。根据所提供的迭代器参数,其实现分为选择排序、插入排序、合并排序,对于元素数量较少的容器可以完全进行优化。在使用者的角度,我们通常都不需要了解这些。