std::partial_sort

定义于头文件 `<algorithm>`
template< class RandomIt > void partial_sort( RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last );	(1)	(constexpr since C++20)
template< class ExecutionPolicy, class RandomIt > void partial_sort( ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last );	(2)	(since C++17)
template< class RandomIt, class Compare > void partial_sort( RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last, Compare comp );	(3)	(constexpr since C++20)
template< class ExecutionPolicy, class RandomIt, class Compare > void partial_sort( ExecutionPolicy&& policy, RandomIt first, RandomIt middle, RandomIt last, Compare comp );	(4)	(since C++17)

重排元素，使得范围 [first, middle) 包含范围 [first, last) 中已排序的 middle − first 个最小元素。

不保证相等元素的顺序被保留。范围 [middle, last) 中剩余元素的顺序是未指定的。

1) 元素根据排序 operator<(直到 C++20)std::less{}(自 C++20 起) 进行排序。

3) 元素根据 comp 进行排序。

2,4) 与 (1,3) 相同，但根据 policy 执行。

这些重载仅在满足以下所有条件时参与重载决议

std::is_execution_policy_v<std::decay_t<ExecutionPolicy>> 为 true。	(直到 C++20)
std::is_execution_policy_v<std::remove_cvref_t<ExecutionPolicy>> 为 true。	(自 C++20 起)

如果满足以下任何条件，则行为未定义

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

*first 的类型不是可交换 (Swappable)。	(直到 C++11)
`RandomIt` 不是值可交换 (ValueSwappable)。 first 的类型不是可移动构造 (MoveConstructible)。 first 的类型不是可移动赋值 (MoveAssignable)。	(自 C++11 起)

[编辑] 参数

first, last	-	定义要重排元素的范围的迭代器对
middle	-	范围 `[`first`,` middle`)` 将包含已排序的元素
policy	-	要使用的执行策略
comp	-	比较函数对象 (即，满足比较 (Compare) 要求的对象)，如果第一个参数小于（即，排序在之前）第二个参数，则返回 true。比较函数的签名应等效于以下内容 bool cmp(const Type1& a, const Type2& b); 虽然签名不需要具有 const&，但该函数不得修改传递给它的对象，并且必须能够接受类型为 `Type1` 和 `Type2` 的所有值，而与值类别无关 (因此，不允许使用 `Type1&`，也不允许使用 `Type1`，除非对于 `Type1`，移动等效于复制(自 C++11 起))。类型 Type1 和 Type2 必须是这样的类型：类型为 RandomIt 的对象可以被解引用，然后隐式转换为这两种类型。
类型要求
- `RandomIt` 必须满足 LegacyRandomAccessIterator 的要求。
- `Compare` 必须满足 Compare 的要求。

[编辑] 复杂度

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

1,2) 大约

N\cdotlog(M)

次比较，使用 operator<(直到 C++20)std::less{}(自 C++20 起)。

3,4) 大约

N\cdotlog(M)

次比较器 comp 的应用。

[编辑] 异常

具有名为 ExecutionPolicy 的模板参数的重载按如下方式报告错误

如果在作为算法一部分调用的函数的执行过程中抛出异常，并且 ExecutionPolicy 是标准策略之一，则调用 std::terminate。对于任何其他 ExecutionPolicy，行为是实现定义的。
如果算法无法分配内存，则会抛出 std::bad_alloc。

[编辑] 可能的实现

另请参阅 libstdc++ 和 libc++ 中的实现。

partial_sort (1)

template<typename RandomIt>
constexpr //< since C++20
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 //< since C++20
    void sift_down(RandomIt first, RandomIt last, const Compare& comp)
    {
        // sift down element at “first”
        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 //< since C++20
    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 //< since C++20
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] 注释

[编辑] 算法

使用的算法通常是堆选择以选择最小元素，以及堆排序以按升序对堆中选择的元素进行排序。

为了选择元素，使用了堆（参见堆）。例如，对于 operator< 作为比较函数，最大堆用于选择 middle − first 个最小元素。

堆排序用于在选择后对 [first, middle) 选择的元素进行排序（参见 std::sort_heap）。

[编辑] 预期用途

std::partial_sort 算法旨在用于少量常数个 [first, middle) 选择的元素。

[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

以下行为变更缺陷报告被追溯应用于先前发布的 C++ 标准。

DR	应用于	已发布行为	正确行为
P0896R4	C++98	`[`first`,` middle`)` 和 `[`middle`,` last`)` 未要求为有效范围	如果其中任何一个无效，则行为未定义如果其中任何一个无效

[编辑] 参见

nth_element	部分排序给定范围，确保它按给定元素划分 (函数模板) [编辑]
partial_sort_copy	复制并部分排序元素范围 (函数模板) [编辑]
stable_sort	对元素范围进行排序，同时保留相等元素之间的顺序 (函数模板) [编辑]
sort	将范围排序为升序 (函数模板) [编辑]
ranges::partial_sort (C++20)	对范围的前 N 个元素进行排序 (算法函数对象)[编辑]

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