• stl源码剖析 详细学习笔记 算法(4)


    //---------------------------15/03/31----------------------------

        //lower_bound(要求有序)

        template<class ForwardIterator, class T>

        inline ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first,

                                           ForwardIterator last,

                                           const T& value)

        {

            return __lower_bound(first, last, value, distance_type(first),

                                 iterator_category(first));

        }

        

        //采用二分法来寻找第一个允许插入的位置

        template<class ForwardIterator, class T, class Distance>

        ForwardIterator __lower_bound(ForwardIterator first,

                                      ForwardIterator last,

                                      const T& value, Distance*

                                      forward_iterator_tag)

        {

            Distance len = 0;

            //取到数组大小len

            distance(first, last, len);

            Distance half;

            ForwardIterator middle;

            

            while (len > 0)

            {

                //找到中间的位置,取下界,然而其实是取half1,因为这里是first+half

                //虽然取的是下界 比如len=3 取到half1 first+1 就是第2

                half = len >> 1;

                middle = first;

                advance(middle, half);

                if(*middle < value)

                {

                    first = middle;

                    ++first;

                    //first一开始指向 half1的元素,所以右边剩下的是 lenhalf1

                    len = len - half - 1;

                }

                else

                    len = half;

            }

            return first;

        }

        

        //其实感觉没有必要使用两个版本,distance函数和advance函数底层就已经对迭代器进行分类运算了

        //效率上应该不会差的。

        template<class RandomAccessIterator, class T, class Distance>

        RandomAccessIterator __lower_bound(RandomAccessIterator first,

                                           RandomAccessIterator last,

                                           const T& value, Distance*,

                                           random_access_iterator_tag)

        {

            Distance len = last - first;

            Distance half;

            RandomAccessIterator middle;

            while (len > 0)

            {

                half = len >> 1;

                middle = first + half;

                if(*middle < value)

                {

                    first = middle + 1;

                    len = len - half - 1;

                }

                else

                    len = half;

            }

            return first;

        }

        //upper_bound(要求有序)

        template<class ForwardIterator, class T>

        inline ForwardIterator upper_bound(ForwardIterator first,

                                           ForwardIterator last,

                                           const T& value)

        {

            return __upper_bound(first, last, value, distance_type(first),

                                 iterator_category(first));

        }

        

        template<class ForwardIterator, class T, class Distance>

        ForwardIterator __upper_bound(ForwardIterator first,

                                      ForwardIterator last,

                                      const T& value, Distance*

                                      forward_iterator_tag)

        {

            Distance len = 0;

            //取到数组大小len

            distance(first, last, len);

            Distance half;

            ForwardIterator middle;

            

            while (len > 0)

            {

                //lower_bound不一样,当 value 等于 middle 时是向右走的。所以指向

                //的位置的值不是value,而是第一个大于value的值

                half = len >> 1;

                middle = first;

                advance(middle, half);

                if(value < *middle)

                    len = half;

                else

                {

                    first = middle;

                    ++first;

                    len = len - half - 1;

                }

            }

            return first;

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class T, class Distance>

        RandomAccessIterator __upper_bound(RandomAccessIterator first,

                                           RandomAccessIterator last,

                                           const T& value, Distance*,

                                           random_access_iterator_tag)

        {

            Distance len = last - first;

            Distance half;

            RandomAccessIterator middle;

            while (len > 0)

            {

                half = len >> 1;

                middle = first + half;

                if(value < *middle)

                    len = half;

                else

                {

                    first = middle+1;

                    len = len -half -1;

                }

            }

            return first;

        }

        

        //binary_search(要求有序)

        template<class ForwardIterator, class T>

        bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last,

                           const T& value)

        {

            ForwardIterator i =lower_bound(first, last, value);

            return i != last && !(value < *i);

            //如果不存在,使用lower_bound获得的*i > value;所以如果value < *i说明没找到

        }

        

        template<class ForwardIterator, class T, class Compare>

        bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last,

                           const T& value, Compare comp)

        {

            ForwardIterator i = lower_bound(first, last, value, comp);

            return i != last && !comp(value, *i);

        }

        

        //next_permutation

        /*

            下一个排列组合:

            abcacbbacbcacabcba。依次排序,前面的元素最迟改变,

            把后面的都排序一遍,当前面的元素改变时,最后的元素要依次排序

            acbd b<d,所以固定前面元素,得到acdb,再下一个 d>b c < d所以可以让c 变成d 得到adbc

         

        */

        template<class BidirectionalIterator>

        bool next_permutation(BidirectionalIterator first,

                              BidirectionalIterator last)

        {

            if(first == last)

                return false;

            BidirectionalIterator i = first;

            ++i;

            if(i == last)

                return false;

            //区间没有元素和只有一个元素都返回false

            

            i = last;

            -- i;

            //i=最后一个元素

            for(;;)

            {

                //ii成了最后一个元素

                BidirectionalIterator ii = i;

                //i成了最后一个元素的前驱

                --i;

                //只要不是成倒序的就可以找到 *i < *ii,如果是倒序的说明没有下一个排列组合了

                

                if(*i < *ii)

                {

                    /* 

                        现在情况是 i d c... j 首先 d > c >... > j

                        i < d 。因为后面都是倒序的,我们要找到一个比i大一阶的数填到i的位置。

                        所以while(!(*i < *--j)只要j小于等于i就左走,找到一个大于i的就可以把

                        这个数放入i的位置,把i放入j的位置。i放到j的位置。d开始到末尾的序列还是倒序的

                        所以要reverse( d c ... last)d就是ii在的位置

                    */

                    BidirectionalIterator j =last;

                    while(!(*i < *--j));

                    iter_swap(i, j);

                    reverse(ii, last);

                    return true;

                }

                if(i == first)

                {

                    //整个序列时倒序的,直接把它变成正序就好了。并要返回false

                    reverse(first, last);

                    return false;

                }

            }

        }

        

        //prev_permutation

        template<class BidirectionalIterator>

        bool prev_permutation(BidirectionalIterator first,

                              BidirectionalIterator last)

        {

            if(first == last)

                return false;

            BidirectionalIterator i = first;

            ++i;

            if(i == last)

                return false;

            i = last;

            --i;

            //next操作刚好相反,先找到一个数比他后驱大,再找到比他小一阶的数交换,之后反转

            for(;;)

            {

                BidirectionalIterator ii = i;

                --i;

                if(*ii < *i)

                {

                    BidirectionalIterator j =last;

                    while(!(*--j < *i));

                    iter_swap(i, j);

                    reverse(ii, last);

                    return true;

                }

                if(i == first)

                {

                    reverse(first, last);

                    return false;

                }

            }

        }

        

        //random_shuffle

        //对区间[first,last)随机产生一个排列

        template<class RandomAccessIterator>

        inline void random_shuffle(RandomAccessIterator first,

                                   RandomAccessIterator last)

        {

            __random_shuffle(first, last, distance_type(first));

        }

        template<class RandomAccessIterator, class Distance>

        void __random_shuffle(RandomAccessIterator first,

                              RandomAccessIterator last,

                              Distance*)

        {

            if(first == last)

                return;

            for(RandomAccessIterator i =first + 1; i != last; ++i)

    #ifdef __STL_NO_DRAND48

                iter_swap(i, first + Distance(rand()%((i - first) + 1)));

    #else

            iter_swap(i, first + Distance(lrand48() % ((i - first) + 1)));

    #endif

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class RandomNumberGenerator>

        void random_shuffle(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last,

                            RandomNumberGenerator& rand)

        {

            if(first == last)

                return;

            for(RandomAccessIterator i = first + 1; i != last; ++i)

                iter_swap(i, first + rand((i - first) + 1));

        }

        

        

        //partial_sort

        //基于堆来对前面部分数据进行排序

        template<class RandomAccessIterator>

        inline void partial_sort(RandomAccessIterator first,

                                 RandomAccessIterator middle,

                                 RandomAccessIterator last)

        {

            __partial_sort(first, middle, last, value_type(first));

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class T>

        void __partial_sort(RandomAccessIterator first,

                            RandomAccessIterator middle,

                            RandomAccessIterator last,T*)

        {

            make_heap(first, middle);

            for(RandomAccessIterator i = middle; i < last; ++i)

            {

                if(*i < *first)

                    __pop_heap(first, middle, i, T(*i), distance_type(first));

                sort_heap(first, middle);

            }

        }

        

        //sort

        //Insetion Sort

        template<class RandomAccessIterator>

        void __insertion_sort(RandomAccessIterator first,

                              RandomAccessIterator last)

        {

            if(first == last)

                return ;

            for(RandomAccessIterator i =first + 1; i != last; ++i)

                __linear_insert(first, i,value_type(first));

        }

        

        

        template<class RandomAccessIterator, class T>

        inline void __linear_insert(RandomAccessIterator first,

                                    RandomAccessIterator last, T*)

        {

            T value = *last;

            //确保第一个元素是最小的

            if(value < *first)

            {

                copy_backward(first, last, last + 1);

                *first = value;

            }

            else

                __unguarded_linear_insert(last, value);

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class T>

        void __unguarded_linear_insert(RandomAccessIterator last, T value)

        {

            //插入排序,从尾部开始比较,原因是这样正好可以边比较边把元素后移,

            //不需要找到位置然后都后移一次。

            RandomAccessIterator next = last;

            --next;

            //不用判断越界,前面已经保证头部是最小的了

            while (value < *next)

            {

                *last = *next;

                last = next;

                --next;

            }

            *last = value;

        }

        

        //取中间值

        template<class T>

        inline const T& __median(const T& a, const T& b, const T& c)

        {

            if(a < b)

                if(b < c)

                    return b;   //a < b < c

                else if(a < c)

                    return c;   //a < b, b >= c, a<c

                else

                    return a;

            else if(a < c)      //c > a >=b

                return a;

            else if(b < c)      // a >=b, a <= c, b < c

                return c;

            else

                return b;

        }

        

        //很正常的快排划分步骤最后得到的结果是 first后面包括first的值是大于等于pivot值的

        //first前面的值是小于pivot值的

        template<class RandomAccessIterator, class T>

        RandomAccessIterator __unguarded_partition(RandomAccessIterator first,

                                                   RandomAccessIterator last,

                                                   T pivot)

        {

            

            while (true)

            {

                while (*first < pivot)

                    ++first;

                --last;

                while(pivot < *last)

                    --last;

                if(!(first < last))

                    return first;

                iter_swap(first, last);

                ++first;

            }

        }

        

        //真正的sort

        template<class RandomAccessIterator>

        inline void sort(RandomAccessIterator first,

                         RandomAccessIterator last)

        {

            if(first != last)

            {

                __introsort_loop(first, last, value_type(first), __lg(last - first)*2);

                __final_insertion_sort(first, last);

            }

        }

        

        template<class Size>

        inline Size __lg(Size n)

        {

            Size k;

            for(k = 0; n > 1; n >>= 1)

                ++k;

            return k;

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class T, class Size>

        void __introsort_loop(RandomAccessIterator first,

                              RandomAccessIterator last, T*,

                              Size depth_limit)

        {

            //__stl_treshold 是全局常数 const int 16

            while (last - first > __stl_threshold)

            {

                if (depth_limit == 0)

                {

                    //如果调用深度到达限制就改调用堆排序

                    partial_sort(first, last, last);

                    return;

                }

                //深度减一

                --depth_limit;

                //调用一次划分返回 关键元素的迭代器

                RandomAccessIterator cur = __unguarded_partition(

                    first, last, T(__median(*first,

                                            *(first + (last - first) / 2),

                                            *(last - 1))));

                //对右边进行迭代

                __introsort_loop(cur, last, value_type(first), depth_limit);

                last = cur;

            }

            

        }

        

        template<class RandomAccessIterator>

        void __final_insertion_sort(RandomAccessIterator first,

                                    RandomAccessIterator last)

        {

            if (last - first > __stl_threshold)

            {

                __insertion_sort(first, first + __stl_threshold);

                __unguarded_insertion_sort(first + __stl_threshold, last);

            }

            else

                __insertion_sort(first, last);

        }

        

        template<class RandomAccessIterator>

        inline void  __unguarded_insertion_sort(RandomAccessIterator first,

                                                 RandomAccessIterator last)

        {

            __unguarded_insertion_sort_aux(first, last, value_type(first));

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class T>

        void __unguarded_insertion_sort_aux(RandomAccessIterator first,

                                            RandomAccessIterator last,

                                            T*)

        {

            for(RandomAccessIterator i = first; i != last; ++i)

                __unguarded_linear_insert(i, T(*i));

        }

        

        /*

            sort总结:先采用快排,有两种情况产生:

            1>深度没有超出极限,会诞生一个个区间,每个区间大小 小于等于__stl_threshold(默认为16)

            然后对前16个采用插入排序,需要判断尾元素是否小于first元素。这次调用完就确保first是最小的

            然后再调用__unguarded_linear_sort就可以少一个判断,也就可以从first + __stl_threshold

            的地方进行开始调用__unguared_linear_sort,插入位置会一直往左,有可能会越过first + __stl_threshold

            的位置。

            (ps:一开始我想不明白的一点是,如果先对前16个元素调用一次__unguarded_linear_insert,那如果当初划分时

            前面13(只要小于16就行)是一个区间,那不是会把后面的3个元素牵扯进来,如果后面的3个元素不是最小的三个

            那排序不就失败了,我当时想的是final sort那调用__unguarded_linear_insert(first +__stl_threshold, last)

            会以first +__stl_thresholdfirst区间,对之后的所有元素进行排序,会造成一个问题,前16个中有比后面

            大的元素。后来才发现sgi的奇妙设计,那个while (value < *next),并没有越界判断,所以会一直往左搜索。)

            2>迭代深度超出限制,会对之后迭代的区间进行堆排序,这时剩下的区间就是不确定的,有已经排序好的(深度超出限制)

            也有没排序的(快排迭代达到16个元素的),再次调用插入排序,对所有区间整理一遍。

         

        */

        

        //equal_range(要求有序)

        //返回由 等于传入值 的元素 组成的区间

        template<class ForwardIterator, class T>

        inline pair<ForwardIterator, ForwardIterator>

        equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last,

                    const T& value)

        {

            return __equal_range(first, last, value, distance_type(first),

                                 iterator_category(first));

        }

        

        template<class RandomAccessIterator, class T, class Distance>

        pair<RandomAccessIterator, RandomAccessIterator>

        __equal_range(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last,

                      const T& value, Distance*, random_access_iterator_tag)

        {

            Distance len = last - first;

            Distance half;

            RandomAccessIterator middle, left, right;

            

            while (len > 0)

            {

                half = len >> 1;

                middle = first + half;

                if(*middle < value)

                {

                    first = middle + 1;

                    len = len - half -1;

                }

                else if(value < *middle)

                    len = half;

                else

                {

                    left = lower_bound(first, middle, value);

                    right = upper_bound(++middle, first + len, value);

                    return pair<RandomAccessIterator, RandomAccessIterator>(left, right);

                }

                //因为lower_boundupper_bound都会调用同样的步骤直到相等。

            }

            return pair<RandomAccessIterator, RandomAccessIterator>(first, first);

            //在没有value值的情况下,返回一个区间[first,first)也就是firstlast的情况,这样可以表示

            //没有相应元素。

        }

        

        template<class ForwardIterator, class T, class Distance>

        pair<ForwardIterator, ForwardIterator>

        __equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last,

                      const T& value, Distance*, forward_iterator_tag)

        {

            Distance len = last - first;

            Distance half;

            ForwardIterator middle, left, right;

            

            while (len > 0)

            {

                half = len >> 1;

                middle = first;

                advance(middle, half);

                if(*middle < value)

                {

                    first = middle;

                    ++first;

                    len = len - half -1;

                }

                else if(value < *middle)

                    len = half;

                else

                {

                    left = lower_bound(first, middle, value);

                    advance(first, len);

                    right = upper_bound(++middle, first, value);

                    return pair<ForwardIterator, ForwardIterator>(left, right);

                }

                

            }

            return pair<ForwardIterator, ForwardIterator>(first, first);

           

        }

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