0 前言: STL，為什么你必須掌握

---

對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是必修的一門(mén)課。從查找到排序，從鏈表到二叉樹(shù)，幾乎所有的算法和原理都需要理解，理解不了也要死記硬背下來(lái)。幸運(yùn)的是這些理論都已經(jīng)比較成熟，算法也基本固定下來(lái)，不需要你再去花費(fèi)心思去考慮其算法原理，也不用再去驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。不過(guò)，等你開(kāi)始應(yīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)工作的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，面對(duì)不同的需求你需要一次又一次去用代碼重復(fù)實(shí)現(xiàn)這些已經(jīng)成熟的算法，而且會(huì)一次又一次陷入一些由于自己疏忽而產(chǎn)生的bug中。這時(shí)，你想找一種工具，已經(jīng)幫你實(shí)現(xiàn)這些功能，你想怎么用就怎么用，同時(shí)不影響性能。你需要的就是STL, 標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)！

西方有句諺語(yǔ)：不要重復(fù)發(fā)明輪子！

STL幾乎封裝了所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的算法，從鏈表到隊(duì)列，從向量到堆棧，對(duì)hash到二叉樹(shù)，從搜索到排序，從增加到刪除......可以說(shuō)，如果你理解了STL，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你已不用拘泥于算法本身，從而站在巨人的肩膀上去考慮更高級(jí)的應(yīng)用。

排序是最廣泛的算法之一，本文詳細(xì)介紹了STL中不同排序算法的用法和區(qū)別。

1 STL提供的Sort 算法

---

C++之所以得到這么多人的喜歡，是因?yàn)樗染哂忻嫦驅(qū)ο蟮母拍睿直３至薈語(yǔ)言高效的特點(diǎn)。STL 排序算法同樣需要保持高效。因此，對(duì)于不同的需求，STL提供的不同的函數(shù)，不同的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)的算法又不盡相同。

1.1 所有sort算法介紹

所有的sort算法的參數(shù)都需要輸入一個(gè)范圍，[begin, end)。這里使用的迭代器(iterator)都需是隨機(jī)迭代器(RadomAccessIterator), 也就是說(shuō)可以隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)的迭代器，如：it+n什么的。（partition 和stable_partition 除外）

如果你需要自己定義比較函數(shù)，你可以把你定義好的仿函數(shù)(functor)作為參數(shù)傳入。每種算法都支持傳入比較函數(shù)。以下是所有STL sort算法函數(shù)的名字列表:

函數(shù)名	功能描述
sort	對(duì)給定區(qū)間所有元素進(jìn)行排序
stable_sort	對(duì)給定區(qū)間所有元素進(jìn)行穩(wěn)定排序
partial_sort	對(duì)給定區(qū)間所有元素部分排序
partial_sort_copy	對(duì)給定區(qū)間復(fù)制并排序
nth_element	找出給定區(qū)間的某個(gè)位置對(duì)應(yīng)的元素
is_sorted	判斷一個(gè)區(qū)間是否已經(jīng)排好序
partition	使得符合某個(gè)條件的元素放在前面
stable_partition	相對(duì)穩(wěn)定的使得符合某個(gè)條件的元素放在前面

其中nth_element 是最不易理解的，實(shí)際上，這個(gè)函數(shù)是用來(lái)找出第幾個(gè)。例如：找出包含7個(gè)元素的數(shù)組中排在中間那個(gè)數(shù)的值，此時(shí)，我可能不關(guān)心前面，也不關(guān)心后面，我只關(guān)心排在第四位的元素值是多少。

1.2 sort 中的比較函數(shù)

當(dāng)你需要按照某種特定方式進(jìn)行排序時(shí)，你需要給sort指定比較函數(shù)，否則程序會(huì)自動(dòng)提供給你一個(gè)比較函數(shù)。
 
上述例子中系統(tǒng)自己為sort提供了less仿函數(shù)。在STL中還提供了其他仿函數(shù)，以下是仿函數(shù)列表:

名稱(chēng)	功能描述
equal_to	相等
not_equal_to	不相等
less	小于
greater	大于
less_equal	小于等于
greater_equal	大于等于

需要注意的是，這些函數(shù)不是都能適用于你的sort算法，如何選擇，決定于你的應(yīng)用。另外，不能直接寫(xiě)入仿函數(shù)的名字，而是要寫(xiě)其重載的()函數(shù)：

less<int>()
greater<int>()

當(dāng)你的容器中元素時(shí)一些標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型（int float char)或者string時(shí)，你可以直接使用這些函數(shù)模板。但如果你時(shí)自己定義的類(lèi)型或者你需要按照其他方式排序，你可以有兩種方法來(lái)達(dá)到效果：一種是自己寫(xiě)比較函數(shù)。另一種是重載類(lèi)型的'<'操作賦。
知道其輸出結(jié)果是什么了吧：

(10,0)
(9,3)
(8,6)
(7,9)
(6,12)
(5,15)
(4,18)
(3,21)
(2,24)
(1,27)
after sorted by first:
(1,27)
(2,24)
(3,21)
(4,18)
(5,15)
(6,12)
(7,9)
(8,6)
(9,3)
(10,0)
after sorted by second:
(10,0)
(9,3)
(8,6)
(7,9)
(6,12)
(5,15)
(4,18)
(3,21)
(2,24)
(1,27)

1.3 sort 的穩(wěn)定性 
你發(fā)現(xiàn)有sort和stable_sort，還有 partition 和stable_partition， 感到奇怪吧。其中的區(qū)別是，帶有stable的函數(shù)可保證相等元素的原本相對(duì)次序在排序后保持不變。或許你會(huì)問(wèn)，既然相等，你還管他相對(duì)位置呢，也分不清楚誰(shuí)是誰(shuí)了？這里需要弄清楚一個(gè)問(wèn)題，這里的相等，是指你提供的函數(shù)表示兩個(gè)元素相等，并不一定是一摸一樣的元素。
例如，如果你寫(xiě)一個(gè)比較函數(shù): 


1bool less_len(const string &str1, const string &str2)
2{
3        return str1.length() < str2.length();
4}
此時(shí)，"apple" 和 "winter" 就是相等的，如果在"apple" 出現(xiàn)在"winter"前面，用帶stable的函數(shù)排序后，他們的次序一定不變，如果你使用的是不帶"stable"的函數(shù)排序，那么排序完后，"Winter"有可能在"apple"的前面。

1.4 全排序 
全排序即把所給定范圍所有的元素按照大小關(guān)系順序排列。用于全排序的函數(shù)有

 1template <class RandomAccessIterator>
 2void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);
 3
 4template <class RandomAccessIterator, class StrictWeakOrdering>
 5void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last,
 6StrictWeakOrdering comp);
 7
 8template <class RandomAccessIterator>
 9void stable_sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);
10
11template <class RandomAccessIterator, class StrictWeakOrdering>
12void stable_sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, 
13StrictWeakOrdering comp);

在第1，3種形式中，sort 和 stable_sort都沒(méi)有指定比較函數(shù)，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)使用operator< 對(duì)區(qū)間[first,last)內(nèi)的所有元素進(jìn)行排序, 因此，如果你使用的類(lèi)型義軍已經(jīng)重載了operator<函數(shù)，那么你可以省心了。第2, 4種形式，你可以隨意指定比較函數(shù)，應(yīng)用更為靈活一些。來(lái)看看實(shí)際應(yīng)用：
班上有10個(gè)學(xué)生，我想知道他們的成績(jī)排名。


 1#include <iostream>
 2#include <algorithm>
 3#include <functional>
 4#include <vector>
 5#include <string>
 6using namespace std;
 7
 8class student{
 9        public:
10        student(const string &a, int b):name(a), score(b){}
11        string name;
12        int score;
13        bool operator < (const student &m)const {
14                return score< m.score;
15        }
16};
17
18int main() {
19        vector< student> vect;
20        student st1("Tom", 74);
21        vect.push_back(st1);
22        st1.name="Jimy";
23        st1.score=56;
24        vect.push_back(st1);
25        st1.name="Mary";
26        st1.score=92;
27        vect.push_back(st1);
28        st1.name="Jessy";
29        st1.score=85;
30        vect.push_back(st1);
31        st1.name="Jone";
32        st1.score=56;
33        vect.push_back(st1);
34        st1.name="Bush";
35        st1.score=52;
36        vect.push_back(st1);
37        st1.name="Winter";
38        st1.score=77;
39        vect.push_back(st1);
40        st1.name="Andyer";
41        st1.score=63;
42        vect.push_back(st1);
43        st1.name="Lily";
44        st1.score=76;
45        vect.push_back(st1);
46        st1.name="Maryia";
47        st1.score=89;
48        vect.push_back(st1);
49        cout<<"------before sort"<<endl;
50        for(int i = 0 ; i < vect.size(); i ++) cout<<vect[i].name<<":\t"<<vect[i].score<<endl;
51        stable_sort(vect.begin(), vect.end(),less<student>());
52        cout <<"-----after sort ."<<endl;
53        for(int i = 0 ; i < vect.size(); i ++) cout<<vect[i].name<<":\t"<<vect[i].score<<endl;
54        return 0 ;
55}