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C++ 标准库排序算法 std::sort 使用详解

news 2025/9/30 12:29:50

C++ 中确实存在很多经典排序算法（快速排序、归并排序、堆排序、希尔排序等）。
每种排序算法都有其优势和适用场景（比如归并适合链表，桶排序适合范围已知的整数，堆排序适合实时取最大/最小值）。
C++ 标准库中的 std::sort 内部实现是一个 混合排序算法，主要基于 快速排序（QuickSort），在某些情况下会退化为堆排序或插入排序，所以它的时间复杂度一般为 O(N log N)。它不仅能对内置类型（如 int、double）排序，还能自定义比较规则，甚至结合 C++20 的并行执行策略实现更高效的排序。

本文将从最基础的用法开始，逐步介绍 std::sort 的高级特性。

C++ `std::sort` 参数详解

在 C++ 中，std::sort 是最常用的排序函数之一。它定义在 <algorithm> 头文件中，能对容器（如 vector、array）或数组中的元素进行快速排序。

函数原型（常见用法）：

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

可以看到，std::sort 一共有两个版本：

两个参数：默认按升序排序。
- 排序的对象范围由两个迭代器决定：
- first → 排序起点
- last → 排序终点的“下一个位置”
- 注意是 左闭右开区间 [first, last)，包含 first 指向的元素，但不包含 last 指向的元素。
三个参数：用户可以指定排序规则。
- 默认情况下，std::sort 使用 < 作为比较规则（升序）。
  但你可以传入一个比较函数（或函数对象、Lambda 表达式），来自定义排序规则。

1. 基础用法：升序排序

如果不传入自定义比较函数，std::sort 默认会使用 小于运算符 < 进行比较，从而将元素按升序排列。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {std::vector<int> values = { 3, 5, 1, 4, 2 };// 默认升序排序std::sort(values.begin(), values.end());for (int v : values)std::cout << v << " ";// 输出：1 2 3 4 5
}

2. 降序排序

如果想要从大到小排列，可以传入标准库提供的 std::greater<> 比较器：

#include <functional> // std::greaterstd::sort(values.begin(), values.end(), std::greater<int>());// 输出：5 4 3 2 1

3. 自定义比较规则

有时候我们需要更复杂的排序逻辑，这时可以传入一个 自定义比较函数（函数指针、函数对象或 Lambda 表达式）。

例如，让数字 1 永远排在最后：

std::sort(values.begin(), values.end(), [](int a, int b) {if (a == 1) return false; // a==1 时排在 b 之后if (b == 1) return true;  // b==1 时排在 a 之前return a < b;             // 其他情况正常升序
});// 输出：2 3 4 5 1

注意：比较函数必须返回 bool，且要满足 严格弱序关系（Strict Weak Ordering），否则结果可能是未定义的。

4. `std::sort` 的函数签名

标准库中 std::sort 的定义大致如下：

// 默认比较：使用 operator<
template<class RandomIt>
void sort(RandomIt first, RandomIt last);// 自定义比较器
template<class RandomIt, class Compare>
void sort(RandomIt first, RandomIt last, Compare comp);// C++17 起：并行排序（可指定执行策略）
template<class ExecutionPolicy, class RandomIt>
void sort(ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt last);template<class ExecutionPolicy, class RandomIt, class Compare>
void sort(ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt last, Compare comp);

参数说明：

first, last
迭代器范围 [first, last)，要排序的区间。
comp
自定义比较函数（bool comp(const T& a, const T& b)）。
policy（C++17 起）
执行策略，例如 std::execution::seq（顺序执行）、std::execution::par（并行执行）。

5. 使用要求

为了让 std::sort 工作正常，需要满足以下条件：

迭代器必须是 随机访问迭代器（Random Access Iterator），例如 std::vector、std::array、原生数组。
（std::list 不行，因为它只支持双向迭代器。）
元素类型必须：
- 可交换（Swappable）
- 可移动构造（MoveConstructible）
- 可移动赋值（MoveAssignable）
自定义比较器必须满足 Compare 要求（即符合严格弱序）。

6. 时间复杂度

默认比较或自定义比较：
O(N log N) 次比较（这里 N = last - first）。
实现一般基于 快速排序 + 堆排序 + 插入排序 的混合策略。

7. 示例：排序结构体

std::sort 常用于排序对象数组。我们可以自定义排序规则：

#include <string>struct Person {std::string name;int age;
};int main() {std::vector<Person> people = {{"Alice", 25},{"Bob", 30},{"Charlie", 20}};// 按年龄升序std::sort(people.begin(), people.end(), [](const Person& a, const Person& b) {return a.age < b.age;});for (const auto& p : people)std::cout << p.name << " " << p.age << "\n";// 输出：// Charlie 20// Alice 25// Bob 30
}