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：

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

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

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

//============================================================================
// 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：

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

并调用时

	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：

	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。