STL sort函数的内部实现

本文探讨了STL中的sort函数,重点关注其内部实现,包括递归深度阈值和__final_insertion_sort阶段。通过对代码的分析,揭示了sort算法如何在不同场景下高效工作。
(1)在STL提供的各式各样的算法中,sort()是最复杂最庞大的一个。这个算法只接受RandomAccessIterators(随机存取迭代器),然后将区间内所有元素由小到大重新排列。第二个版本允许用户自己指定一个仿函数作为排序标准。


(2)对于关系型容器,底层自己采用有自动排序功能的RB-Tree,不需要用到sort算法,序列式容器中stack、queue和priority_queue是容器适配器,都有特别的出入口,不允许用户对其进行排序。剩下的vector、deque和list,前两者的迭代器属于RandomAccessIterators,适合用sort算法,list的迭代器则属于BidirectionIterators,不在STL标准之列的slist,其迭代器更是属于ForwardIterators,都不适合于sort算法。如果要对list或者slist排序,应该他们自己提供member function sort()。那么为什么泛型算法sort()一定要求RandomAccessIterators?


(3)STL的sort()算法,数据量大时采用Quick Sort,分段递归排序。一旦分段后的数据量小于某个阈值,为避免Quick Sort的递归调用带来过大的额外开销,就改用Insertion Sort(插入排序)。如果递归层次过深,还会改用Heap Sort。

### C++ STL 中 `sort` 函数实现 在 C++ 的标准模板库 (STL) 中,`std::sort` 是一种高效的排序算法,通常基于快速排序(Quick Sort),但在某些情况下会切换到堆排序(Heap Sort)或插入排序(Insertion Sort)。这种混合排序方法被称为 **Introsort**[^1]。 #### Introsort 工作原理 - 开始时采用快速排序来处理大部分数据集。 - 当递归深度超过一定阈值时,转而使用堆排序以防止最坏情况的发生。 - 对于非常小的数据子集,则应用插入排序提高效率。 这种方法结合了不同排序算法的优点,在平均性能和最差性能之间取得了良好的平衡。以下是简化版的伪代码表示: ```cpp template<typename RandomIt> void introsort_util(RandomIt first, RandomIt last, int depth_limit) { while ((last - first) > size_threshold) { // 如果剩余元素多于阈值 if (depth_limit == 0) { // 达到了最大递归深度 make_heap(first, last); sort_heap(first, last); // 转换成堆并排序 return; } --depth_limit; RandomIt cut = partition(first, last); // 执行一次划分操作 introsort_util(cut, last, depth_limit); // 递归处理右半部分 last = cut; // 更新边界继续左半部分 } insertion_sort(first, last); // 小规模数据直接用插入排序 } ``` 对于实际使用的场景来说,可以直接通过如下方式调用 `std::sort` 来对容器中的元素进行排序: ```cpp #include <algorithm> // 包含 std::sort 定义 #include <vector> int main() { std::vector<int> v = {5, 2, 9, 1, 5, 6}; std::sort(v.begin(), v.end()); // 对整个 vector 进行升序排列 for(auto& elem : v){ printf("%d ", elem); } } ``` 此段代码展示了如何利用 `<algorithm>` 库中的 `std::sort` 方法完成基本类型的排序工作[^2]。
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