快速排序变种实现：一次宏定义引发的熬夜事件

一、背景　　

　　睡前忽然想写两行代码练练手，想起快速排序的一种变种实现，于是写了快速排序，在理论上完全没问题的情况下测试结果却很诡异，debug半天发现是宏定义导致，作为经验教训记录下来。

二、快速排序变种实现

　　原理：

　　　　|_| |_| |_________________________________________|

　　　　L    R                     unSorted

              ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

　　　1、取哨兵下标为low，即首元素；初始状态L和R集合都为空，L集合用来存放小于pivot的值，R集合用于存放大于pivot的值。

              pivot = vector<T>& vec[low] ;   mi = low;

                 ↓mi

              |——|

              |_| |_| |_________________________________________|

　　　　L    R                     unSorted

　　 2、遍历初始集合，如果发现当前下标元素值大于pivot则迭代器加1，不做任何操作，效果相当于移动元素到R中。

                          idx

              |_| |__| |________________________________________|

　　　　L    R                     unSorted

       3、如果发现当前下标元素值小于pivot则需要将当前值放于集合L中，为了提升效率，使当前元素和R集合的首元素交换，然后迭代器加1；作用效果相当于L元素新增，R元素整体后移一位。

                    mi

                     ↓      idx

              |__| |__| |_______________________________________|

　　　　L    R                     unSorted

　　4、当遍历完当前序列后unSorted的将为空，L和R将包含所有小于/大于pivot元素的集合。

                                                      mi

　　　　　　　　　　　　　　   ↓

              |___________________| |_________________________|

　　　　                L                                           R

　　5、最终将首元素，即pivot和mi所指的元素交换，左右效果是mi这个选出来的哨兵节点已经就位，完成了一趟排序，之后将调用递归的方式对前半段和后半段进行排序（和大家所熟知的快排一致）。

三、具体实现，以下代码中swap函数用宏定义实现，为了逻辑紧凑，在swap的参数中用了“++”操作符。 

　　1、排序逻辑                   

#ifndef __ALGO_SORT_QUICK_SORT_IMPROVED_H__
#define __ALGO_SORT_QUICK_SORT_IMPROVED_H__

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

#define swap(a, b)    ({
    typeof(a) tmp = (a) ; 
    (a) = (b); 
    (b) = tmp; })

template<typename Type>
static int partion(std::vector<Type>& elems, int low, int high)
{
    Type pivot = elems[low];
    int mi = low;
    for (int i = low + 1; i <= high; i++)
    {   
        if (elems[i] < pivot)
        {
            //++mi;
            swap(elems[++mi], elems[i]);
        }
    }   
    swap(elems[mi], elems[low]);
    return mi; 
}

template<typename Type>
void quick_sort_improved(std::vector<Type>& elems, int low, int high)
{
    if (low < high) 
    {   
        int mi = partion(elems, low, high);
        quick_sort_improved(elems, low, mi - 1); 
        quick_sort_improved(elems, mi + 1, high);
    }   
}

#endif

　　2、测试程序

    vector<double> nums{18.1,16.12,32.21,12.22,13.1,53.21,221.5,354,123,42,22.11,33};
    quick_sort_improved<double>(nums, 0, nums.size() - 1); 
    for (int i = 0; i < nums.size(); i++ )
    {   
        cout << nums[i] << " ";
    }   
    cout << endl;

　　3、测试输出

yg@yg-PC:~/workspace/Algo/src/sort/insertSort$ ./a.out 
6.52013e-319 6.52013e-319 6.52013e-319 12.22 12.22 16.12 33 0 0 0 42 42 

 　　4、分析：由上结果可知，测试结果并未按照预期输出，乱七八糟的。

四、修复版

　　加了诸多debug信息，得知问题出在使用宏定义的过程中传入了++操作符，熟悉宏定义的人肯定遇到过类似问题；当前问题是：宏定义中表达式出现几次，++将会被调用几次，这当然不是期望的结果；知道原因后稍加修改。

template<typename Type>
static int partion(std::vector<Type>& elems, int low, int high)
{
    Type pivot = elems[low];
    int mi = low;
    for (int i = low + 1; i <= high; i++)
    {   
        if (elems[i] < pivot)
        {
            ++mi;
            swap(elems[mi], elems[i]);
        }
    }   
    swap(elems[mi], elems[low]);
    return mi; 
}

 　　测试输出：正确，符合预期

yg@yg-PC:~/workspace/Algo/src/sort/insertSort$ ./a.out 
12.22 13.1 16.12 18.1 22.11 32.21 33 42 53.21 123 221.5 354

五、总结

　　日常代码中宏定义有时候无法避免，就像上面用到的swap，即便实现上已经避免了很多低级错误；但宏定义依然有很多不尽人意之处，就像上面的使用，编译器甚至都不会给个警告，在运行期也可以正常运行，但结果通却是莫名其妙的错误；通过一番折腾找出原因所在，以后在使用宏定义的地方一定要避免这种操作。