mysileng

轉自:http://blog.csdn.net/superhackerzhang/article/details/6410670 

以SGI的STL為例

sort有兩種重載形式

template <class RandomAccessIterator>

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

這兩種形式都要求形隨機訪問迭代器，因此只能用于容器vector或deque,這里我們只以第一種為例進行講解
在數據量大時，采用Quick Sort，分段遞歸排序，一旦分段后的數據量小于門限值時，為避免遞歸的額外開銷，便采用Insertion sort。 
如果遞歸的層次過深，還會使用Heap Sort.
對于以下的以__開頭的命名函數，表示其為被內部的其它函數調用，而不能被用戶直接調用。
首先來看插入排序
 
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)); }
 
其所調用的 __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);
}
 
這里需要對其進行一下說明，通常情況下在進行插入排序時，既要進行大小的比較，又要對邊界進行控制，經過上面的改進后，但只需要進行大小的比較便可，這就是代碼的高明這處。
 首先對要插入有序部分的元素__val與隊首的最小元素 *__first進行比較，如果__val < *__first，則只__first與 __last之間的元素向后移一個位置，然后將__val插入隊首。
 如果__val >= *__first，則說明__val在將要新生成的有序隊列中不是最小，因此，在下面的while中不用進行界限控制，只比較元素的大小即可。
 
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中對避免快排時每次都選擇最小或最大的元素做軸，使用以下函數選擇一個三點中值。
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數。對[first,last)區間的元素進行分割，使用得中軸右邊的元素大于等于中軸，左邊的元素小于等于中軸，并返回中軸所在位置。
template <class _RandomAccessIter, class _Tp> 
_RandomAccessIter __unguarded_partition(_RandomAccessIter __first,_RandomAccessIter __last,_Tp __pivot) {   
   while (true) {     
     while (*__first < __pivot)       ++__first;     
     --__last;     
     while (__pivot < *__last)       --__last;     
     if (!(__first < __last))       
       return __first;     
     iter_swap(__first, __last);     
     ++__first;  
    } 
}    
 
sort 代碼如下
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)用來找出2^k<=n的最大k值，用以控控制遞歸的深度。
template <class _Size> 
inline _Size __lg(_Size __n) {   
  _Size __k;   
  for (__k = 0; __n != 1; __n >>= 1) ++__k;   
  return __k; 
}
 
下面的是用來對區間使用快排，以達到部分有序狀態。
 
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在這里用前面定義的常量16，當區間多于16個元素時，才有必要使用快排。
     if (__depth_limit == 0) {//當遞歸的層次過深時，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))));//使用分割函數，反回中軸     
      __introsort_loop(__cut, __last, (_Tp*) 0, __depth_limit);//對右半部分進行遞歸排序     
      __last = __cut;//使尾指針指向中軸，即要對左半部分排序   
    } 
}
 
最后使用插入排序對各部分進行排序。
 
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); 
}
 
些函數先判斷元素個數是否大于16，如是大于，則先用__insertion_sort()對16個元素的子序列排序，再用__unguarded_insertion_sort()對
其余的排序。否則直接用__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:個人感覺__final_insertion_sort()中區分區間大小是多此一舉，因為最終其調用的都是__unguarded_linear_insert()，其并沒用針對不
同的大小區間采用明顯不用的算法。