常用排序算法的c++实现（冒泡，选择，插入，堆，shell，快速，归并 ）与sort()对比

偶然在书上看到句话，“为C++程序员所津津乐道的一件事，就是sort()全面打败c语言的quicksort”，于是决定亲自测试下，正好将其他的排序也一并测试了，当做当初没写的补偿吧。
测试文件的一些说明：

1、 测试中如果用数组，当MAX达到1000000时，会stack over，所以这里全部用了vector。

2、随机数用一个全局vector保存，单独排序时直接vector<int> v(orited)，就这但来说c++确实很方便啊，因为有的递归调用，调用过程中vector为多大都不确定，用数组怎么初始化就成为了一个问题。

3、测试排序的函数命名全部为下划线分割的方式，如select_sort（）。

4、排序结果经过写入文件验证。

5、文件在win7，vs6，vs08，以及gcc下编译通过。vs08下，最初用的文件操作用FILE，会有错，可以加以修改为stream，比如打开和判空修改如下：

[cpp]
view plaincopy

FILE *fp =fopen("data.txt","wr");
ofstream fp("data.txt");

[cpp]
view plaincopy

if (fp==NULL)
if (fp.fail())

写入文件两个的对应部分，当然读出的时候 ip >> temp;
v.push_back(temp);即可

[cpp]
view plaincopy

fp << orited[i] << " ";//这里最好加上个空格，不然文件中连起来的数字也没意义
fprintf(fp,"%d ",orited[i]);
//关闭
// fclose(fp);
fp.close();

最终修改的标准c++测试文件如下

[cpp]
view plaincopy

//============================================================================
// Name : sort.cpp
// Author : xia
// Version : 1.0
// Copyright : NUAA
// Description : 各种排序算法的比较(冒泡，选择，快速，希尔，堆，归并以及algorithm的sort)
//============================================================================
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <ctime>
using namespace std;

const int MAX = 1000;//当MAX为一百万，用数组会stack overflow,所以全部用vector
vector<int> orited;//全局原始未排序vector

void randNum()
{//产生随机数存于vector
ofstream fp("data.txt");
if (fp.fail())
{
cout << "open data error " << endl;
exit(EXIT_FAILURE);
}
srand((unsigned)time(NULL));
for (int i=0 ; i<MAX ; i++)
{
orited.push_back(rand()); //是用vector保存随机数
fp << orited[i] << " ";
}
fp.close();
}
/************************************************************************/
/* 快速排序 */
/************************************************************************/
int Partion(vector<int> &v ,int low ,int high)
{//对vector进行划分，返回枢轴下标
int pivotkey;
pivotkey = v[low] ;
while ( low < high )
{
while (low < high && v[high] >= pivotkey)
high -- ;
v[low] = v[high];
while (low < high && v[low] <= pivotkey )
low ++ ;
v[high] = v[low];
}
v[low] = pivotkey ;
return low ;
}
void quickSort(vector<int> &number ,int left ,int right)
{//用引用解决传参问题，以下类似
if ( left < right )
{
int i = Partion(number , left, right) ;
quickSort(number, left, i-1); // 对左边进行递归
quickSort(number, i+1, right); // 对右边进行递归
}
}
void quick_sort()
{//快速排序测试程序
double start ,end ;
vector<int> v(orited);//直接用全局orited初始化v
start = clock() ;
quickSort(v,0,MAX-1);
end = clock();
cout << "quick sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* 插入排序 */
/************************************************************************/
void InsertSort(vector<int> &v)
{ //对vector做插入排序
int i,j;
int key;
for(i=1 ; i < v.size() ; i++)
if ( v[i] < v[i-1] )// "<",将v[i]插入有序子表
{
key = v[i];
for( j=i-1 ; key < v[j] ; j-- )
v[j+1] = v[j]; // 记录后移
v[j+1] = key; // 插入到正确位置
}
}
void insert_sort()
{
vector<int> v(orited);
double start ,end;
start = clock();
InsertSort(v);
end = clock();
cout << "insert sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* algorithm的sort方法 */
/************************************************************************/
void vector_sort()
{
double start ,end ;
vector<int> v(orited);
start = clock();
sort(v.begin(),v.end());
end = clock();
cout << "vector sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* 冒泡排序 */
/************************************************************************/
void bubble_sort()
{
int i,j;
vector<int> v(orited);
double start ,end;

start = clock();
for ( i=0 ; i< MAX ; i++)
{
for (j=i+1 ; j< MAX ; j++)
{
if (v[i] > v[j])//最小的往左冒泡
{
swap(v[i],v[j]);
}
}
}
end = clock();
cout << "bubble sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* 选择排序 */
/************************************************************************/
void select_sort()
{
int i,j,min;
vector<int> v(orited);
double start ,end;
start = clock();
for (i=0 ; i< MAX ; i++)
{
min = i ;
for (j=i+1 ; j<MAX ; j++)
{
if (v[j] < v[min])
min = j;
}
if (min != i)
swap(v[i],v[min]);
}
end = clock();
cout << "select sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* 归并排序 */
/************************************************************************/
void Merge(vector<int> &array,int start ,int mid ,int end)
{//合并vector的start-mid和mid-end两段
int j,k,l;
vector<int> temp(array); //引入temp，方便用array作为汇总
for( j=mid+1,k=start ; start<=mid&&j<=end ; k++ )
{
if ( temp[start] < temp[j] )
array[k] = temp[start++];
else
array[k] = temp[j++];
}
if( start <= mid )
{
for( l=0 ; l <= mid-start ; l++)
array[k+l] = temp[start+l]; //将剩余0至min-start的复制到array
}
if( j <= end )
{
for( l=0 ; l<=end-j ; l++ )
array[k+l]= temp[j+l]; //复制j至end到array
}
}
void MergeSort( vector<int> &v, int low ,int high )
{
if (low < high)
{
int mid = ( low + high )/2; //平分
MergeSort( v , low , mid ); //递归合并低段
MergeSort( v , mid+1 , high ); //递归合并高段
Merge( v , low , mid , high ) ; //合并排序后两段
}
}
//归并排序的测试函数
void merge_sort()
{
vector<int> v( orited );
double start ,end;
start = clock();
MergeSort(v,0,MAX-1);
end = clock();
cout << "merge sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* 希尔排序 */
/************************************************************************/
const int SORTCOUNT = 20;//希尔排序的排序次数
const int dlta[SORTCOUNT] = {2,3,2,3,2,3,2,3,2,3,2,3,2,3,2,3,2,3,2,3};//增量数组
void ShellInsert(vector<int> &v , int dk)
{//对v做一趟shell插入排序，增量为dk，不是1；j<=0时，找到插入位置
int i,j;
for ( i=dk ; i < v.size() ; i++)
{
if (v[i] < v[i-dk])
{
int temp = v[i];//暂存
for (j=i-dk ; j>0 && temp < v[j] ; j -= dk)
v[j+dk] = v[j] ;//记录后移，查找插入位置
v[j+dk] = temp; //插入
}
}
}
void ShellSort(vector<int> &v ,const int dlta[] ,int t)
{//希尔排序
for (int k=0 ; k < t ; k++)
ShellInsert(v,dlta[k]) ;//一趟增量为dlta[k]的插入排序
}
void shell_sort()
{
vector<int> v( orited );
double start ,end;
start = clock();
ShellSort(v,dlta,SORTCOUNT);
end = clock();
cout << "shell sort cost : " << end - start << endl;
}
/************************************************************************/
/* 堆排序 */
/************************************************************************/
void HeapAdjust(vector<int> &v ,int s ,int m)//将堆用数组表示，此处为vector
{//调整为大顶堆
int rc,j;
rc = v[s];
for ( j=2*s ; j<= m ; j *= 2 )
{//沿key较大的孩子结点向下筛选
if (j<m && v[j] < v[j+1])
j++ ;//j为key较大的记录的下标
if ( rc >= v[j] )
break;// rc应插入在位置s上
v[s] = v[j] ;
s = j;
}
v[s] = rc ; //插入
}
void HeapSort(vector<int> &v)
{ // 对vector进行堆排序
int t , i;
for( i=v.size()/2 ; i>0 ; i--) // 把v建成大顶堆
HeapAdjust( v,i,v.size()-1 );
for( i=v.size()-1 ; i>0 ; i-- )
{//将堆顶记录和当前未经排序子序列[0..i]中最后一个记录相互交换
t = v[0];
v[0] = v[i];
v[i] = t ;
HeapAdjust(v,0,i-1); // 将v[0..i-1]重新调整为大顶堆
}
}
//堆排序测试函数
void heap_sort()
{
vector<int> v( orited );
double start ,end;
start = clock();
HeapSort(v);
end = clock();
cout << "heap sort cost : " << end - start << endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
randNum(); //每次更新MAX，重新生成随机数，存到vector
vector_sort();
quick_sort();
bubble_sort();
select_sort();
merge_sort();
shell_sort();
heap_sort();
insert_sort();
return 0;
}

关于sort()，这里 默认是按照升序排列的，如果想按照降序排列，可添加函数：

[cpp]
view plaincopy

bool compare(int a ,int b)
{
return a>b;//a>b降序 a<b升序
}

并调用时

[cpp]
view plaincopy

sort(v.begin(),v.end(),compare);

即可。
在程序的main部分给出了部分测试结果，其中shell的不具有太大参考性，于是没列（用书的原话说，shell排序的分析是一个复杂的问题，因为时间是所取增量序列的函数，这涉及一些数学上尚未解决的问题），将排序结果保存在文件中观看，可以看到，shell的结果，不像快速排序似的能完全正确，概率问题。

vc6测试结果如下：

	Sort()	Quick	Bubble	Select	Merge	Shell	heap	insert
1k	0	1	78	35	107	14	2	21
1w	2	12	4883	3099	7947	1135	34	2274
10w	26	142	410630	385299	774607	108289	267	220359

vs08下测试结果如下：(vs08 下，insert会有部分错误，所以未列出)

	Sort()	Quick	Bubble	Select	Merge	Shell	heap
1k	26	2	193	291	15	90	8
1w	302	29	12674	8203	216	3010	57
10w	3624	378	1.02754e+006	804142	804142	804142	713

gcc下测试结果：

	Sort()	Quick	Bubble	Select	Merge	Shell	heap	insert
1k	0	0	9	3	1	2	1	2
1w	2	3	725	452	81	170	4	294
10w	29	27	55812	34269	4390	16272	45	28208

统计结果当然是明显的，除了在vs08中，sort()的确不是一般的快啊（尤其是vc6下，压倒性优势），紧跟其后的是quicksort和heapsort。对于heapsort，这里的堆，直接用顺序表示了，也算省了不少时间。

神奇的是vc6下的merge居然比冒泡还慢，没天理嘛，当然还好gcc这样一个标准的c++测试给了我们信心。

刚统计完发现插入没做，补充上统计结果， 目前就算是这样吧，有什么不对的，请跟帖说明修改啊。

后记：后来改用了双向冒泡，发现比原冒泡快了一倍多，比选择还略快（后来测试，起初的写法出错了，其实和单向冒泡速度是一样的）

代码如下：

[cpp]
view plaincopy

for (i=0 ; i< MAX ; i++)
{
k = MAX-i-1;
for (j=i+1 ; j< k ; j++)//改用双向冒泡
{
if (v[j] < v[i])
{
swap(&v[i],&v[j]);
}
if (v[MAX-j-1] > v[k])
{
swap(v[MAX-j-1],v[k]);
}
}
}

运行时间结果马上更新

本想把选择改为双向选择，min存低位，max存在高位，第二个循环j<MAX-i的，不过存在一些问题，比如可能交换2次的情况，在min循环交换后，又max交换，则不是预期的结果了，以后有心情再搞吧。