std::partial_sort

在标头 `<algorithm>` 定义
template< class RandomIt > void partial_sort( RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last );	(1)	(C++20 起为 `constexpr`)
template< class ExecutionPolicy, class RandomIt > void partial_sort( ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last );	(2)	(C++17 起)
template< class RandomIt, class Compare > void partial_sort( RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last, Compare comp );	(3)	(C++20 起为 `constexpr`)
template< class ExecutionPolicy, class RandomIt, class Compare > void partial_sort( ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last, Compare comp );	(4)	(C++17 起)

重排元素，使得范围 [first, middle) 含有范围 [first, last) 中已排序的 middle - first 个最小元素。

不保证保持相等元素间的顺序。未指定范围 [middle, last) 中剩余元素的顺序。

1) 按 operator< (C++20 前)std::less{} (C++20 起) 进行排序。

3) 按 comp 进行排序。

2,4) 同 (1,3)，但按照 policy 执行。

这些重载只有在

std::is_execution_policy_v<std::decay_t<ExecutionPolicy>>	(C++20 前)
std::is_execution_policy_v<std::remove_cvref_t<ExecutionPolicy>>	(C++20 起)

是 true 时时才会参与重载决议。

如果满足以下任意条件，那么行为未定义：

[first, middle) 或 [middle, last) 不是有效范围。

*first 的类型不可交换 (Swappable) 。	(C++11 前)
`RandomIt` 不可交换值 (ValueSwappable) 。 first 的类型不可移动构造 (MoveConstructible) 。 first 的类型不可移动赋值 (MoveAssignable) 。	(C++11 起)

first, last	-	定义范围的随机访问迭代器
middle	-	定义要排序的范围的末尾后一位置的随机访问迭代器
policy	-	所用的执行策略。细节见执行策略。
comp	-	比较函数对象（即满足比较 (Compare) 概念的对象），在第一参数小于（即先序于）第二参数时返回 true。比较函数的签名应等价于如下： bool cmp(const Type1 &a, const Type2 &b); 虽然签名不必有 `const&`，函数也不能修改传递给它的对象，而且必须接受（可为 const 的）类型 `Type1` 与 `Type2` 的值，无关乎值类别（从而不允许 `Type1&` ，也不允许 `Type1`，除非 `Type1` 的移动等价于复制 (C++11 起)）。类型 Type1 与 Type2 必须使得 RandomIt 类型的对象能在解引用后隐式转换到这两个类型。
类型要求
- `RandomIt` 必须满足老式随机访问迭代器 (LegacyRandomAccessIterator) 。
- `Compare` 必须满足比较 (Compare) 。

[编辑] 复杂度

给定 $\scriptsize M$ $M$ 为 middle - first，$\scriptsize N$ $N$ 为 last - first：

1,2) 应用大约

N\cdotlog(M)

次 operator< (C++20 前)std::less{} (C++20 起) 进行比较。

3,4) 应用大约

N\cdotlog(M)

次比较函数 comp。

[编辑] 异常

拥有名为 ExecutionPolicy 的模板形参的重载按下列方式报告错误：

如果作为算法一部分调用的函数的执行抛出异常，且 ExecutionPolicy 是标准策略之一，那么调用 std::terminate。对于任何其他 ExecutionPolicy，行为由实现定义。
如果算法无法分配内存，那么抛出 std::bad_alloc。

[编辑] 可能的实现

参阅 libstdc++ 和 libc++ 中的实现。

partial_sort (1)

template<typename RandomIt>
constexpr //< C++20 起
void partial_sort(RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last)
{
    typedef typename std::iterator_traits<RandomIt>::value_type VT;
    std::partial_sort(first, middle, last, std::less<VT>());
}

partial_sort (3)

namespace impl
{
    template<typename RandomIt, typename Compare>
    constexpr //< C++20 起
    void sift_down(RandomIt first, RandomIt last, const Compare& comp)
    {
        // 筛出 “first” 位置的元素
        const auto length = static_cast<std::size_t>(last - first);
        std::size_t current = 0;
        std::size_t next = 2;
        while (next < length)
        {
            if (comp(*(first + next), *(first + (next - 1))))
                --next;
            if (!comp(*(first + current), *(first + next)))
                return;
            std::iter_swap(first + current, first + next);
            current = next;
            next = 2 * current + 2;
        }
        --next;
        if (next < length && comp(*(first + current), *(first + next)))
            std::iter_swap(first + current, first + next);
    }
 
    template<typename RandomIt, typename Compare>
    constexpr //< C++20 起
    void heap_select(RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last, const Compare& comp)
    {
        std::make_heap(first, middle, comp);
        for (auto i = middle; i != last; ++i)
        {
            if (comp(*i, *first))
            {
                std::iter_swap(first, i);
                sift_down(first, middle, comp);
            }
        }
    }
} // namespace impl
 
template<typename RandomIt, typename Compare>
constexpr //< C++20 起
void partial_sort(RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last, Compare comp)
{
    impl::heap_select(first, middle, last, comp);
    std::sort_heap(first, middle, comp);
}

[编辑] 注解

[编辑] 算法

典型采用堆选取 算法来选择最小元素，并采用堆排序 算法以升序对从堆中选取的元素进行排序。

使用堆来进行元素的选取（见堆）。例如，当以 operator< 为比较函数时，使用最大堆 来选取 middle − first 个最小元素。

选择完成后用堆排序对所选取的 [first, middle) 个元素进行排序（见 std::sort_heap）。

[编辑] 预期用途

std::partial_sort 算法预期被用于少量常数个数的 [first, middle) 选取元素。

[编辑] 示例

运行此代码

#include <algorithm>
#include <array>
#include <functional>
#include <iostream>
 
void print(const auto& s, int middle)
{
    for (int a : s)
        std::cout << a << ' ';
    std::cout << '\n';
    if (middle > 0)
    {
        while (middle-- > 0)
            std::cout << "--";
        std::cout << '^';
    }
    else if (middle < 0)
    {
        for (auto i = s.size() + middle; --i; std::cout << "  ")
        {}
 
        for (std::cout << '^'; middle++ < 0; std::cout << "--")
        {}
    }
    std::cout << '\n';
};
 
int main()
{
    std::array<int, 10> s{5, 7, 4, 2, 8, 6, 1, 9, 0, 3};
    print(s, 0);
    std::partial_sort(s.begin(), s.begin() + 3, s.end());
    print(s, 3);
    std::partial_sort(s.rbegin(), s.rbegin() + 4, s.rend());
    print(s, -4);
    std::partial_sort(s.rbegin(), s.rbegin() + 5, s.rend(), std::greater{});
    print(s, -5);
}

可能的输出：

5 7 4 2 8 6 1 9 0 3
 
0 1 2 7 8 6 5 9 4 3
------^
4 5 6 7 8 9 3 2 1 0
          ^--------
4 3 2 1 0 5 6 7 8 9
        ^----------

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告	应用于	出版时的行为	正确行为
P0896R4	C++98	`[`first`,` middle`)` 和 `[`middle`,` last`)` 不需要有效	其中之一无效时行为未定义

[编辑] 参阅

nth_element	将给定的范围部分排序，确保其按给定元素划分 (函数模板) [编辑]
partial_sort_copy	对范围内的元素进行复制并部分排序 (函数模板) [编辑]
stable_sort	将范围内的元素排序，同时保持相等的元素之间的顺序 (函数模板) [编辑]
sort	将范围按升序排序 (函数模板) [编辑]
ranges::partial_sort (C++20)	排序一个范围的前 N 个元素 (niebloid) [编辑]

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