C++中 Sort函數詳細解析

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前言 

sort函數是algorithm庫下的一個函數，sort函數是不穩定的，即大小相同的元素在排序後相對順序可能發生改變，如果某些場景需要保持相同元素間的相對順序，可使用stable_sort函數，這裡不過多介紹。

一、sort函數調用的兩種方式

默認: 兩個參數first,last，將[first, last)區間內元素升序排列。【註意區間為左閉右開】

自定義排序: 需用戶指定排序規則Compare comp,將 [first, last)區間內的元素按照用戶指定的順序排列。

二、sort函數使用場景

由於在排序過程中涉及到元素交換等操作，所以sort函數僅支持可隨機訪問的容器，如數組， string、vector、deque等。

三、sort函數排序原理

​ sort()並非隻是普通的快速排序，除瞭對普通的快速排序進行優化，它還結合瞭插入排序和堆排序。根據不同的數量級別以及不同情況，能自動選用合適的排序方法。當數據量較大時采用快速排序，分段遞歸。一旦分段後的數據量小於某個閥值，為避免遞歸調用帶來過大的額外負荷，便會改用插入排序。而如果遞歸層次過深，有出現最壞情況的傾向，還會改用堆排序。

​ 所以無論元素初始時為何種狀態，sort()的平均排序復雜度為均為O(N*log2(N)) ，具有不錯的的性能，在刷算法題時，可以直接使用sort()來對數據進行排序，而不需手動編寫排序函數。

四、sort函數使用案例

1.升序排列

sort函數如果不傳入第三個參數，則默認是升序排列。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>

using namespace std;

int main() {
    // 方式一、使用數組
    int a[10] = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
    sort(a, a + 10);  // 10為元素個數

    for (int i = 0; i < 10; i++) cout << a[i] << ' ';		// 輸出排序後數組
    cout << endl;

    // 方式二、使用 vector
    vector<int> arr = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
    sort(arr.begin(), arr.end());  // 10為元素個數
    for (int i = 0; i < 10; i++) cout << arr[i] << ' ';	// 輸出排序後數組

    return 0;
}

2.降序排列

實現方式1

實現降序排列，需傳入第三個參數–比較函數，greater<type>()，這裡的元素為int 類型，即函數為 greater<int>(); 如果是其他基本數據類型如float、double、long等也是同理。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>

using namespace std;

int main() {
    // 方式一、使用數組
    int a[10] = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
    sort(a, a + 10, greater<int>());  // 10為元素個數

    for (int i = 0; i < 10; i++) cout << a[i] << ' ';		// 輸出排序後數組
    cout << endl;	// 輸出 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 

    // 方式二、使用 vector
    vector<int> arr = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
    sort(arr.begin(), arr.end(), greater<int>()); 
    for (int i = 0; i < 10; i++) cout << arr[i] << ' ';	// 輸出排序後數組

    return 0;
}

實現方式2

我們也可以使用自定義的比較函數，函數的返回值為bool類型， 例如：

bool cmp(int num1, int num2) {
    return num1 > num2;     // 可以簡單理解為 > 降序排列;  <  升序排列
}
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>

using namespace std;

bool cmp(int num1, int num2) {
    return num1 > num2;     // 可以簡單理解為 >： 降序排列;  < ： 升序排列
}

int main() {
    // 一、使用數組
    int a[10] = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
    sort(a, a + 10, cmp);  // 使用自定義排序函數

    for (int i = 0; i < 10; i++) cout << a[i] << ' ';		// 輸出排序後數組
    cout << endl;	// 輸出 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 

    // 二、使用 vector
    vector<int> arr = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
    sort(arr.begin(), arr.end(), cmp);   // 使用自定義排序函數
    for (int i = 0; i < 10; i++) cout << arr[i] << ' ';	// 輸出排序後數組

    return 0;
}

3.結構體排序(自定義比較函數)

​ 要對元素進行排序，前提是元素之間可以進行比較，即誰大誰小。 基本數據類型可直接進行大小比較， 但結構體元素之間的大小關系需要我們自己指定，如果不指定，則結構體之間大小關系就不確定，則不能夠排序。

結構體排序案例1: 對學生信息進行排序

學生有姓名，分數兩個屬性,

struct Student {    // 學生結構體
    string name;    // 學生姓名
    int grade;      // 學生分數
    Student();  // 無參數構造函數
    Student(string name, int grade) : name(name), grade(grade) {};  // 有參數構造函數
};

需求： 對一個班級內的學生成績進行排序，首先按成績進行排序降序排列，若成績相同，則按照姓名字典順序升序排列。

自定義排序函數;

bool cmp(Student s1, Student s2) {  // 自定義排序
    if (s1.grade != s2.grade) {     // 如果學生成績不相同
        return s1.grade > s2.grade; // 則按照成績降序排列
    }
    return s1.name < s2.name;   // 否則按照姓名升序排列
}

排序代碼:

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>

using namespace std;

struct Student {    // 學生結構體
    string name;    // 學生姓名
    int grade;      // 學生分數
    Student();  // 無參數構造函數
    Student(string name, int grade) : name(name), grade(grade) {};  // 有參數構造函數
};

bool cmp(Student s1, Student s2) {  // 自定義排序
    if (s1.grade != s2.grade) {     // 如果學生成績不同
        return s1.grade > s2.grade; // 則按照成績降序排列
    }
    return s1.name < s2.name;   // 否則按照姓名升序排列
}

int main() {
    vector<Student> studs;
    studs.emplace_back("Bob", 80);
    studs.emplace_back("Ali", 90);
    studs.emplace_back("Ann", 85);
    studs.emplace_back("Liming", 90);
    studs.emplace_back("Trump", 79);
    studs.emplace_back("Fury", 58);
    studs.emplace_back("Jam", 62);
    studs.emplace_back("Lucy", 89);

    sort(studs.begin(), studs.end(), cmp);  // 排序
    for (int i = 0; i < studs.size(); i++) {    // 輸出結果
        cout << studs[i].name << "\t" << studs[i].grade << endl;
    }
    return 0;
}

五、自定義comp函數返回true或false作用

bool cmp(int num1, int num2) {	// 實現降序排列
    return num1 > num2;	// num1大於num2時返回true，否則返回false
}

自定義函數返回值為bool類型

  • 若返回true，則表示num1 與num2應該交換順序；
  • 若返回false, 則num1 與num2 保持原有順序；

下面舉例說明自定義比較函數的執行過程:

對 2, 5, 1, 3, 4 降序排列
調用cmp函數時，將5賦值給num1, 2賦值給num2 (註意順序)
5 > 2, 返回true，num1 與 num2需進行交換；即5應該在2的前面
數組變為  5, 2, 1, 3, 4

第二次 將3賦值給num1, 1賦值給num2，
3 > 1, 返回true，num1 與 num2需進行交換；即3應該在1的前面
數組變為  5, 2, 3, 1, 4

之後經過數次的比較與交換最終排序完成。
最終得到 5 4 3 2 1 

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