快速排序遇到的坑

每次寫快速排序都會遇到很多的坑,基本不會一次性寫對,以后每次寫一次,都將遇到的坑記錄在此。

代碼如下:

template<class Iter>
void quick_sort(Iter begin, Iter end) {
    int sz = (int)distance(begin, end);
    if (sz < 2) return;
    
    //保存現場;
    Iter b = begin ;
    Iter e = end;
    
    int tmp = *begin;
    while (b < e) {
        while (*--e > tmp);
        while (b < e && *++b < tmp);
        if (b < e)
            iter_swap(b, e);
    }

    iter_swap(begin, e);
    quick_sort(begin, e);
    quick_sort(e + 1, end);
}

第一,等于的時候進不進行交換。
需要進行交換,理由就是盡量使得被target被交換到數組的中央;
問題就出現了,如何保證等于的時候,不會發生死循環;

        while (*--e > tmp);      //這里沒有等號;比較的時候先--了,就避免了重復元素;
        while (b < e && *++b < tmp);

第二,從頭遍歷還是從后遍歷。
從后遍歷,因為第一點等于的時候也要進行交換,所以向后遍歷最差情況也只是到第一個元素的時候停止,此時遍歷的過程中是不需要加上while(i < j)的判斷的;

        while (*--e > tmp);      //這里不需要檢驗b < e;
        while (b < e && *++b < tmp);  //這里必須檢驗;

第三,循環外與begin交換的是b,還是e。
這里是e,注意主要經過while (b < e)循環,e最后的位置一定保證是*begin最終的位置。

每次都必須經過這個循環,才能保證iter_swap(begin, e);的正確性,所以b要從begin開始,e要從end開始,而不是分別從begin+1,end - 1開始,會導致兩個元素的時候,沒有經過while循環就直接進行與*begin的交換,導致錯誤。

第四,可以將第三個while的b < e也去掉不。
可以,只要保證target(*begin)元素是中間值就好了,將中間元素,最后的元素和第一個元素這三個值重新分配一下順序,使得其按中間值,最小值,最大值的順序重新排列,這樣就可以保證左右都可以不用檢驗了;

此時也可以從開頭來遍歷,但是最終位置,就是后遍歷的那一個。

template<class Iter>
void median(Iter a, Iter b, Iter c) {
    typedef typename Iter::value_type T;
    if (b == c) {
        if (*a > *b) std::swap(*a, *b);
        return;
    }
    T max_element = std::max(std::max(*a, *b), *c);
    T min_element = std::min(std::min(*a, *b), *c);
    T mid = *a + *b + *c - max_element - min_element;
    std::swap(*a, mid);
    std::swap(*b, min_element);
    std::swap(*c, max_element);
}

template<class Iter>
void quick_sort3(Iter it1, Iter it2) {
    auto size = std::distance(it1, it2);
    if (size <= 1) return;
    
    median(it1, std::next(it1, size / 2), std::prev(it2));
    
    Iter begin = it1;
    Iter end = it2;
    while (begin < end) {
        while (*++begin < *it1);
        while (*--end > *it1);      //因為后遍歷且沒有檢驗,所以end是最后的值。
        if (begin < end) std::iter_swap(begin, end);
    }
    
    std::swap(*it1, *end);          //*it只會在這里改變,所以無需使用臨時值;
    quick_sort3(it1, end);
    quick_sort3(std::next(end), it2);
}

第五,考慮比較函數的話,如何使用cmp的問題;
stl中的存在比較函數的sort函數與不存在比較函數的sort函數是重載的關系,不是使用默認參數來實現的;(感覺模板的默認參數十分不靠譜,好像不能有默認參數,模板類可以有,但是模板函數的默認參數不可以)
問題在cmp默認是less<T>,兩個參數t1,t2,只有t1 < t2時才返回true,所以要考慮等于的時候,可以使用如下方法轉化,先寫出<號的版本,如果是大于號,就將兩個變量轉換一下位置。最后,直接將<替換為cmp函數即可。

        while (*--e > tmp);
        while (b < e && *++b < tmp);

轉換一下:

        while (tmp < *--e);
        while (b < e && *++b < tmp);

然后進行替換:

        while (cmp(tmp, *--e));
        while (b < e && cmp(*++b, tmp));
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