C++ Sort函数详解
前言 ：sort函数是algorithm库下的一个函数，sort函数是不稳定的，即大小相同的元素在排序后相对顺序可能发生改变，如果某些场景需要保持相同元素间的相对顺序，可使用stable_sort函数，这里不过多介绍。
一、sort函数调用的两种方式
| 方式一(默认) |
void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last); |
| 方式二(自定义) |
void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp); |
- 默认: 两个参数first,last，将[first, last)区间内元素升序排列。【注意区间为左闭右开】
- 自定义排序: 需用户指定排序规则Compare comp,将 [first, last)区间内的元素按照用户指定的顺序排列。
二、sort函数使用场景
由于在排序过程中涉及到元素交换等操作，所以sort函数仅支持可随机访问的容器，如数组， string、vector、deque等。
三、sort函数排序原理
? sort()并非只是普通的快速排序，除了对普通的快速排序进行优化，它还结合了插入排序和堆排序。根据不同的数量级别以及不同情况，能自动选用合适的排序方法。当数据量较大时采用快速排序，分段递归。一旦分段后的数据量小于某个阀值，为避免递归调用带来过大的额外负荷，便会改用插入排序。而如果递归层次过深，有出现最坏情况的倾向，还会改用堆排序。
? 所以无论元素初始时为何种状态，sort()的平均排序复杂度为均为O(N*log2(N)) ，具有不错的的性能，在刷算法题时，可以直接使用sort()来对数据进行排序，而不需手动编写排序函数。
四、sort函数使用案例
1.升序排列
sort函数如果不传入第三个参数，则默认是升序排列。
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#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main() {
// 方式一、使用数组
int a[10] = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
sort(a, a + 10); // 10为元素个数
for (int i = 0; i < 10; i++) cout << a[i] << ' '; // 输出排序后数组
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为元素个数
for (int i = 0; i < 10; i++) cout << arr[i] << ' '; // 输出排序后数组
return 0;
}
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2.降序排列
实现方式1
实现降序排列，需传入第三个参数–比较函数，greater<type>()，这里的元素为int 类型，即函数为 greater<int>(); 如果是其他基本数据类型如float、double、long等也是同理。
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#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main() {
// 方式一、使用数组
int a[10] = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
sort(a, a + 10, greater<int>()); // 10为元素个数
for (int i = 0; i < 10; i++) cout << a[i] << ' '; // 输出排序后数组
cout << endl; // 输出 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] << ' '; // 输出排序后数组
return 0;
}
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实现方式2
我们也可以使用自定义的比较函数，函数的返回值为bool类型， 例如
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bool cmp(int num1, int num2) {
return num1 > num2; // 可以简单理解为 > 降序排列; < 升序排列
}
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#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
bool cmp(int num1, int num2) {
return num1 > num2; // 可以简单理解为 >： 降序排列; < ： 升序排列
}
int main() {
// 一、使用数组
int a[10] = {9, 6, 3, 8, 5, 2, 7, 4, 1, 0};
sort(a, a + 10, cmp); // 使用自定义排序函数
for (int i = 0; i < 10; i++) cout << a[i] << ' '; // 输出排序后数组
cout << endl; // 输出 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); // 使用自定义排序函数
for (int i = 0; i < 10; i++) cout << arr[i] << ' '; // 输出排序后数组
return 0;
}
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3.结构体排序(自定义比较函数)
? 要对元素进行排序，前提是元素之间可以进行比较，即谁大谁小。 基本数据类型可直接进行大小比较， 但结构体元素之间的大小关系需要我们自己指定，如果不指定，则结构体之间大小关系就不确定，则不能够排序。
结构体排序案例1: 对学生信息进行排序
学生有姓名，分数两个属性,
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struct Student { // 学生结构体
string name; // 学生姓名
int grade; // 学生分数
Student(); // 无参数构造函数
Student(string name, int grade) : name(name), grade(grade) {}; // 有参数构造函数
};
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需求： 对一个班级内的学生成绩进行排序，首先按成绩进行排序降序排列，若成绩相同，则按照姓名字典顺序升序排列。
自定义排序函数
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bool cmp(Student s1, Student s2) { // 自定义排序
if (s1.grade != s2.grade) { // 如果学生成绩不相同
return s1.grade > s2.grade; // 则按照成绩降序排列
}
return s1.name < s2.name; // 否则按照姓名升序排列
}
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排序代码
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#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
struct Student { // 学生结构体
string name; // 学生姓名
int grade; // 学生分数
Student(); // 无参数构造函数
Student(string name, int grade) : name(name), grade(grade) {}; // 有参数构造函数
};
bool cmp(Student s1, Student s2) { // 自定义排序
if (s1.grade != s2.grade) { // 如果学生成绩不同
return s1.grade > s2.grade; // 则按照成绩降序排列
}
return s1.name < s2.name; // 否则按照姓名升序排列
}
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++) { // 输出结果
cout << studs[i].name << "\t" << studs[i].grade << endl;
}
return 0;
}
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五、自定义comp函数返回true或false作用
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bool cmp(int num1, int num2) { // 实现降序排列
return num1 > num2; // num1大于num2时返回true，否则返回false
}
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自定义函数返回值为bool类型
- 若返回true，则表示num1 与num2应该交换顺序；
- 若返回false, 则num1 与num2 保持原有顺序；
下面举例说明自定义比较函数的执行过程。
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对 2, 5, 1, 3, 4 降序排列
调用cmp函数时，将5赋值给num1, 2赋值给num2 (注意顺序)
5 > 2, 返回true，num1 与 num2需进行交换；即5应该在2的前面
数组变为 5, 2, 1, 3, 4
第二次 将3赋值给num1, 1赋值给num2，
3 > 1, 返回true，num1 与 num2需进行交换；即3应该在1的前面
数组变为 5, 2, 3, 1, 4
之后经过数次的比较与交换最终排序完成。
最终得到 5 4 3 2 1
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六、补充：匿名函数写法
有时自定义的排序函数比较简单，可以使用匿名函数的形式，这样会使代码更加简洁。
1.语法
在 C++ 中，匿名函数通常被称为 “lambda 表达式”。基本的 lambda 表达式语法如下：
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[capture](parameters) -> return_type { function_body }
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- capture：捕获列表，定义了哪些外部变量能在 lambda 表达式中使用，以及是通过值还是引用使用它们。
- parameters：参数列表，类似于普通函数的参数列表。
- return_type：返回类型，如果函数体只包含一个 return 语句，编译器可以自动推导返回类型，此时可以省略。
- function_body：函数体，包含了 lambda 表达式需要执行的代码。
一些细节:
- 当parameters为空的时候，()可以被省去，当body只有return或返回为void，那么”->return-type“可以被省去。
- capture：
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[] // 未定义变量.试图在Lambda内使用任何外部变量都是错误的.
[x, &y] // x 按值捕获, y 按引用捕获.
[&] // 用到的任何外部变量都隐式按引用捕获
[=] // 用到的任何外部变量都隐式按值捕获
[&, x] // x显式地按值捕获. 其它变量按引用捕获
[=, &z] // z按引用捕获. 其它变量按值捕获
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案例1，简单的 lambda 表达式
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auto sum = [](int a, int b) { return a + b; };
cout << sum(1, 2); // 输出：3
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例中，lambda 表达式定义了一个接受两个 int 参数的函数，并返回它们的和。这个 lambda 表达式被赋值给了 sum 变量，然后我们调用 sum(1, 2) 来计算 1 + 2 的结果。
案例2，展示了如何在 lambda 表达式中捕获外部变量：
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int factor = 2;
auto multiply = [factor](int a) { return a * factor; };
cout << multiply(3); // 输出：6
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例中，lambda 表达式捕获了外部变量 factor，并在函数体中使用它。请注意，因为 factor 是通过值捕获的，所以如果后面修改了 factor 的值，不会影响 multiply 的行为。
2. sort函数使用匿名函数
案例1
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#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) v[i] = i; // 使用匿名函数, 减少代码量
sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) {
return a > b; // 降序排列
});
for (int num : v) cout << num << endl;
return 0;
}
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案例2, 对上面学生排序使用匿名函数
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#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
struct Student { // 学生结构体
string name; // 学生姓名
int grade; // 学生分数
Student(); // 无参数构造函数
Student(string name, int grade) : name(name), grade(grade) {}; // 有参数构造函数
};
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(), [](Student s1, Student s2) {
if (s1.grade != s2.grade) { // 如果学生成绩不同
return s1.grade > s2.grade; // 则按照成绩降序排列
}
return s1.name < s2.name; // 否则按照姓名升序排列
});
for (int i = 0; i < studs.size(); i++) { // 输出结果
cout << studs[i].name << "\t" << studs[i].grade << endl;
}
return 0;
}
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七、参考文章链接
https://www.cplusplus.com/reference/algorithm/sort/
https://blog.csdn.net/qq_41575507/article/details/105936466
胡凡算法笔记
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