Библиотеки

В стандартные библиотеки языков С и C++ входят функции сортировки, которые устойчивы к неблагоприятным входным данным и настроены на предельно быструю работу.

Библиотечные функции написаны так, что они могут сортировать данные любого типа, но мы в свою очередь должны адаптироваться к их интерфейсу, что может быть несколько сложнее, чем в рассмотренном выше примере. В языке С библиотечная функция называется qso rt, и ей нужно предоставлять функцию сравнения двух значений. Поскольку значения могут быть любых типов, то функции сравнения передаются два нетипизированных указателя (void *) на сравниваемые значения. Функция преобразует указатели к нужному типу, извлекает значения данных, сравнивает их и возвращает результат (отрицательный, нуль или положительный в зависимости от того, меньше ли первый элемент, равен ли второму или больше его).

Рассмотрим реализацию функции сравнения для сортировки массива строк, случая, встречающегося довольно часто. Мы написали функцию scmp, которая -преобразует параметры к другому типу и затем вызывает st rcmp для выполнения самого сравнения:


Мы могли бы написать эту функцию в одну строку, но при использовании временных переменных код становится более удобочитаемым.

Мы не можем напрямую использовать strcmp как функцию сравнения, поскольку qsort передает адрес каждого элемента в массиве &s t г [ i ] (типаспаг **), ане str[i] (типа char *), как показано на рисунке:


Для сортировки элементов массива строк с st r[0] по st r[N-1 ] функция qsort должна получить массив, его длину, размер сортируемых элементов и функцию сравнения:

char *str[N];
qsort(str, N, sizeof(str[OJ), scmp);

А вот аналогичная функция icmp для сравнения целых:



Мы могли бы написать

? return v1-v2;

но если v2 — большое положительное число, a v1 — большое по абсолютному значению отрицательное или наоборот, то получившееся переполнение привело бы к неправильному ответу. Прямое сравнение длиннее, но надежнее.

И здесь при вызове qsort нужно передать массив, его длину, размер сортируемых элементов и функцию сравнения:

int arr[N];
qsort(arr, N, sizeof(arr[0]), icmp);

В стандарте ANSI С определена также функция двоичного поиска bsea rch. Как и qso rt, этой функции нужен указатель на функцию сравнения (часто на ту же, что используется для qsort); bsearch возвращает указатель на найденный элемент или на NULL, если такого элемента нет. Вот наша программа для поиска имен в HTML-файле, переписанная с использованием bsearch:



Как и в случае qsort, функция сравнения получает адреса сравниваемых значений, поэтому ключевое (искомое) значение должно иметь этот же тип; в данном примере нам пришлось создать фиктивный элемент типа Nameval для передачи в функцию сравнения. Сама функция сравнения nvcmp сравнивает два значения типа Nameval, вызывая st rcmp для их строковых компонентов, полностью игнорируя численные компоненты:


Это похоже на scmp, только с тем отличием, что строки хранятся как члены структуры.

Неудобство передачи ключевого значения показывает, что bsearch предоставляет меньше возможностей, чем qso rt. Хорошая многоцелевая функция сортировки занимает одну-две страницы кода, а двоичный поиск — ненамного больше, чем код для интерфейса с bsearch. Тем не менее лучше использовать bsearch, чем писать свою собственную версию. Как показывает опыт, программистам на удивление трудно написать двоичный поиск без ошибок.

В стандартной библиотеке C++ имеется обобщенная функция sort, которая обеспечивает время работы 0(п log n). Код для ее вызова проще, потому что нет необходимости в преобразовании типов и размеров элементов. Кроме того, для порядковых типов не требуется задавать функцию сравнения: 

 int arr[N]; sort(arr, arr+N);

Эта библиотека содержит также обобщенные функции двоичного поиска, с теми же преимуществами в вызове.

Упражнение 2-1

Алгоритм быстрой сортировки проще всего выразить рекурсивно. Реализуйте его итеративно и сравните две версии. (Хоар рассказывает, как было трудно разработать итеративный вариант быстрой сортировки и как легко все оказалось, когда он сделал ее рекурсивной.)