C++中 sort 函數的使用詳解

STL主要包含容器，迭代器，演算法三塊內容，用戶可以對容器進行一系列的操作，比如遍歷和計算，而STL提供的迭代器和容器完美地提供了這樣的介面。其中std::vector是最常用的容器之一，vector是一個模板類，定義在命名空間namespace下，使用vector需要在包含相關頭文件。今天主要講解對vector的排序的使用。

常見的排序演算法有快速排序、冒泡排序、歸併排序等。STL中sort函數的實現跟STL的版本有關，而往往sort函數是由多種排序演算法混合而成的。

1. vector元素為內置數據類型

STL中sort函數的使用方法如下，默認對容器進行從小到大的排序。

#include <vector> // std::vector
#include <algorithm> // std::sort
int main(){
std::vector<int> vi{2, 0, 1, 8, 1, 2, 1, 5};
std::sort(vi.begin(), vi.end());
　　 // 相當於 std::sort(vi.begin(), vi.end(), std::less<int>());
for (int i = 0; i < vi.size(); ++i) {
printf("%d ", vi[i]);
}
printf("
");
// output: 0 1 1 1 2 2 5 8

當然也可以指定對容器進行從大到小的排序：

#include <vector> // std::vector
#include <algorithm> // std::sort
int main(){
std::vector<int> vi{2, 0, 1, 8, 1, 2, 1, 5};
std::sort(vi.begin(), vi.end(), std::greater<int>());
for (int i = 0; i < vi.size(); ++i) {
printf("%d ", vi[i]);
}
printf("
");
// output: 8 5 2 2 1 1 1 0

2. vector元素為用戶自定義數據類型

如果vector內的元素為用戶自定義類型，並且用戶想要按照自定義類型的某些組合特性進行排序。先來看看sort函數的定義：

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

其中前兩個參數為迭代器類型，第三個參數為比較函數。下面的例子中，類Character擁有兩個屬性，age_ 和 name_，這裡為了簡單起見，變數均為public。現在需要對一個元素類型為Character的vector進行按照Character的 age_ 從小打到進行排序。

class Character {
public:
Character(int n, string s) : age_(n), name_(s) {}
int age_;
string name_;
};
class Compare {
public:
bool operator() (Character* ca, Character* cb) {
return ca->age_ < cb->age_;
}
};
int main(){
vector<Character*> vc{new Character(1, "sasaki"), new Character(2, "nozomi"), new Character(1, "satchel"), new Character(6, "qingtian")};
sort(vc.begin(), vc.end(), Compare());
for (int i = 0; i < vc.size(); ++i) {
printf("%s ", vc[i]->name_.c_str());
}
return 0;
}
// output: sasaki satchel nozomi qingtian

對於sort的第三個函數，用戶可以自己定義任何類型的比較方式，但是需要滿足strict weak ordering 的條件：

X a;
X b;
Condition: Test Result
a is equivalent to b: Compare(a, b) false
Compare(b, a) false
a is less than b Compare(a, b) true
Compare(b, a) false
b is less than a Compare(a, b) false
Compare(b, a) true

上述例子中的 Compare 函數基於 Character 對象的 age_ 變數值進行比較。根據 strict weak ordering 的條件，對 vector 按照某種條件進行排序就比較好理解了。

對於 vector 的兩個元素 a, b，如果 a 必須排在 b 前面，需要滿足下面的條件：Compare(a, b) = true, Compare(b, a) = false; 如果滿足 Compare(a, b) = false & Compare(b, a) = false，則說明兩個元素是相等的；

拓展：對 vector 中的元素進行排序，使得 age_ 為 1 的元素排在前面，age_ != 1的元素排在後面；

分析：這種情況下 Character 被分為兩類，age_ ==1 和 age_ != 1；對於任意兩個 Character 對象 a, b：

1. 相等（a == b）：a->age_ == 1 && b->age_ ==1，或者 a->age_ != 1 && b->age_ != 1；

2. 小於（a < b）：a->age_ == 1 && b->age_ != 1；

class Compare {
public:
bool operator() (Character* ca, Character* cb) {
if (ca->age_ == 1 && cb->age_ == 1 ||
ca->age_ != 1 && cb->age_ != 1) return false;
return ca->age_ == 1;
}
};

完整的測試代碼：

class Character {
public:
Character(int n, string s) : age_(n), name_(s) {}
int age_;
string name_;
};
class Compare {
public:
bool operator() (Character* ca, Character* cb) {
if (ca->age_ == 1 && cb->age_ == 1 ||
ca->age_ != 1 && cb->age_ != 1) return false;
return ca->age_ == 1;
}
};
int main() {
vector<Character*> vc{ new Character(1, "sasaki"), new Character(2, "nozomi"), new Character(1, "satchel"), new Character(6, "qingtian") };
sort(vc.begin(), vc.end(), Compare());
for (int i = 0; i < vc.size(); ++i) {
printf("%s ", vc[i]->name_.c_str());
}
return 0;
}
// output: sasaki satchel nozomi qingtian

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Reference:

1. std::sort

2. comparator

3. strict weak order

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