STL 中sort源码分析

以SGI的STL为例

 

sort有两种重载形式

 

template <class RandomAccessIterator>

void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);template <class RandomAccessIterator, class StrictWeakOrdering>void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last,          StrictWeakOrdering comp);

这两种形式都要求形随机访问迭代器，因此只能用于容器vector或deque,这里我们只以第一种为例进行讲解
在数据量大时，采用Quick Sort，分段递归排序，一旦分段后的数据量小于门限值时，为避免递归的额外开销，便采用Insertion sort。
如果递归的层次过深，还会使用Heap Sort.
对于以下的以__开头的命名函数，表示其为被内部的其它函数调用，而不能被用户直接调用。
首先来看插入排序
template <class _RandomAccessIter>void __insertion_sort(_RandomAccessIter __first, _RandomAccessIter __last) {  if (__first == __last) return;   for (_RandomAccessIter __i = __first + 1; __i != __last; ++__i)    __linear_insert(__first, __i, __VALUE_TYPE(__first));}
其所调用的 __linear_insert如下示：
template <class _RandomAccessIter, class _Tp>
inline void __linear_insert(_RandomAccessIter __first, 
                            _RandomAccessIter __last, _Tp*) {
  _Tp __val = *__last;
  if (__val < *__first) {
    copy_backward(__first, __last, __last + 1);
    *__first = __val;
  }
  else
    __unguarded_linear_insert(__last, __val);
}
这里需要对其进行一下说明，通常情况下在进行插入排序时，既要进行大小的比较，又要对边界进行控制，经过上面的改进后，但只需要进
行大小的比较便可，这就是代码的高明这处。
首先对要插入有序部分的元素__val与队首的最小元素 *__first进行比较，如果__val < *__first，则只__first与 __last之间的元素向后移一个
位置，然后将__val插入队首。
如果__val >= *__first，则说明__val在将要新生成的有序队列中不是最小，因此，在下面的while中不用进行界限控制，只比较元素的大小
即可。
template <class _RandomAccessIter, class _Tp>void __unguarded_linear_insert(_RandomAccessIter __last, _Tp __val) {  _RandomAccessIter __next = __last;  --__next;  while (__val < *__next) {    *__last = *__next;    __last = __next;    --__next;  }  *__last = __val;}
在STL中对避免快排时每次都选择最小或最大的元素做轴，使用以下函数选择一个三点中值。
template <class _Tp>inline const _Tp& __median(const _Tp& __a, const _Tp& __b, const _Tp& __c) {  __STL_REQUIRES(_Tp, _LessThanComparable);  if (__a < __b)    if (__b < __c)      return __b;    else if (__a < __c)      return __c;    else      return __a;  else if (__a < __c)    return __a;  else if (__b < __c)    return __c;  else    return __b;}
下面是快排中所要使用的分割函数。对[first,last)区间的元素进行分割，使用得中轴右边的元素大于等于中轴，左边的元素小于等于中轴，
并返回中轴所在位置。
template <class _RandomAccessIter, class _Tp>_RandomAccessIter __unguarded_partition(_RandomAccessIter __first,                                         _RandomAccessIter __last,                                         _Tp __pivot) //__pivot为中轴
{  while (true) {    while (*__first < __pivot)      ++__first;    --__last;    while (__pivot < *__last)      --__last;    if (!(__first < __last))      return __first;    iter_swap(__first, __last);    ++__first;  }}    
sort 代码如下
template <class _RandomAccessIter>inline void sort(_RandomAccessIter __first, _RandomAccessIter __last) {          if (__first != __last) {    __introsort_loop(__first, __last,                     __VALUE_TYPE(__first),                     __lg(__last - __first) * 2);    __final_insertion_sort(__first, __last);  }}
基中__lg(n)用来找出2^k<=n的最大k值，用以控控制递归的深度。
template <class _Size>inline _Size __lg(_Size __n) {  _Size __k;  for (__k = 0; __n != 1; __n >>= 1) ++__k;  return __k;}
下面的是用来对区间使用快排，以达到部分有序状态。
template <class _RandomAccessIter, class _Tp, class _Size>void __introsort_loop(_RandomAccessIter __first,                      _RandomAccessIter __last, _Tp*,                      _Size __depth_limit){  while (__last - __first > __stl_threshold) {//__stl_threshold在这里用前面定义的常量16，当区间多于16个元素时，才有必要使用快排。
    if (__depth_limit == 0) {//当递归的层次过深时，使用堆排序。      partial_sort(__first, __last, __last);      return;    }    --__depth_limit;    _RandomAccessIter __cut =      __unguarded_partition(__first, __last,                            _Tp(__median(*__first,                                         *(__first + (__last - __first)/2),                                         *(__last - 1))));//使用分割函数，反回中轴    __introsort_loop(__cut, __last, (_Tp*) 0, __depth_limit);//对右半部分进行递归排序    __last = __cut;//使尾指针指向中轴，即要对左半部分排序  }}
最后使用插入排序对各部分进行排序。
template <class _RandomAccessIter>void __final_insertion_sort(_RandomAccessIter __first,                             _RandomAccessIter __last) {  if (__last - __first > __stl_threshold) {    __insertion_sort(__first, __first + __stl_threshold);    __unguarded_insertion_sort(__first + __stl_threshold, __last);  }  else    __insertion_sort(__first, __last);}
些函数先判断元素个数是否大于16，如是大于，则先用__insertion_sort()对16个元素的子序列排序，再用__unguarded_insertion_sort()对
其余的排序。否则直接用__insertion_sort()排序。
template <class _RandomAccessIter>inline void __unguarded_insertion_sort(_RandomAccessIter __first,                                 _RandomAccessIter __last) {  __unguarded_insertion_sort_aux(__first, __last, __VALUE_TYPE(__first));}template <class _RandomAccessIter, class _Tp, class _Compare>void __unguarded_insertion_sort_aux(_RandomAccessIter __first,                                     _RandomAccessIter __last,                                    _Tp*, _Compare __comp) {  for (_RandomAccessIter __i = __first; __i != __last; ++__i)    __unguarded_linear_insert(__i, _Tp(*__i), __comp);}
template <class _RandomAccessIter, class _Tp>void __unguarded_linear_insert(_RandomAccessIter __last, _Tp __val) {  _RandomAccessIter __next = __last;  --__next;  while (__val < *__next) {    *__last = *__next;    __last = __next;    --__next;  }  *__last = __val;}
ps:个人感觉__final_insertion_sort()中区分区间大小是多此一举，因为最终其调用的都是__unguarded_linear_insert()，其并没用针对不
同的大小区间采用明显不用的算法。