【C++】STL中sort算法使用了什么排序算法？

参考:https://blog.csdn.net/u011386173/article/details/110394829

      STL所提供的各式各样的算法中，sort()是最复杂庞大的一个。这个算法接受两个RandomAccessIterators(随机存取迭代器),然后将区间内的所有元素以渐增方式由小到大重新排列。第二个版本则允许用户指定一个仿函数（functor)，作为排序标准。STL的所有关系型容器（associative containers）都有用自动排序功能（底层结构采用RB-tree）,所以不需要用到这个sort算法。至于序列式容器（sequence containers）中的stack、queue和priority-queue都有特别的出入口，不允许用户对元素排序。剩下vector、deque和list，前两者的迭代器属于RandomAccessIterators,适合使用sort算法，list的迭代器则属于BidirectioinalIterators，不在STL标准之列的slist，其迭代器更属于ForwardIterator，都不适合使用sort算法。如果要对list或slist排序，应该使用它们自己提供的member functions sort()。
        STL的sort算法， 数据量大时采用Quick Sort，分段递归排序。一旦分段后的数据量小于某个门槛，为避免Quick Sort的递归调用带来过大的额外负荷（overhead）,就改用 Insertion Sort。如果递归层次过深，还回改用 Heap Sort。                                      ------ From《STL源码剖析》

源码：

stl_algo.h：

template <class _RandomAccessIter>
inline void sort(_RandomAccessIter __first, _RandomAccessIter __last) {
  __STL_REQUIRES(_RandomAccessIter, _Mutable_RandomAccessIterator);
  __STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_RandomAccessIter>::value_type,
                 _LessThanComparable);
  if (__first != __last) {
    __introsort_loop(__first, __last,
                     __VALUE_TYPE(__first),
                     __lg(__last - __first) * 2); //快速排序
    __final_insertion_sort(__first, __last); //插入排序
  }
}

template <class _RandomAccessIter, class _Tp, class _Size>
void __introsort_loop(_RandomAccessIter __first,
                      _RandomAccessIter __last, _Tp*,
                      _Size __depth_limit)
{
  while (__last - __first > __stl_threshold) {
    //1、__depth_limit 是控制递归深度
    if (__depth_limit == 0) {
      partial_sort(__first, __last, __last); //递归深度过深时采用堆排序
      return;
    }
    --__depth_limit;
     //2、单边递归
    _RandomAccessIter __cut =
      __unguarded_partition(__first, __last,
                            _Tp(__median(*__first,
                                         *(__first + (__last - __first)/2),
                                         *(__last - 1)))); //3、__median三点取中法
    __introsort_loop(__cut, __last, (_Tp*) 0, __depth_limit);
    __last = __cut;
  }
}

template <class _RandomAccessIter>
inline void partial_sort(_RandomAccessIter __first,
                         _RandomAccessIter __middle,
                         _RandomAccessIter __last) {
  __STL_REQUIRES(_RandomAccessIter, _Mutable_RandomAccessIterator);
  __STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_RandomAccessIter>::value_type,
                 _LessThanComparable);
  __partial_sort(__first, __middle, __last, __VALUE_TYPE(__first));
}
 
template <class _RandomAccessIter, class _Tp>
void __partial_sort(_RandomAccessIter __first, _RandomAccessIter __middle,
                    _RandomAccessIter __last, _Tp*) {
  make_heap(__first, __middle); //线性建堆
  for (_RandomAccessIter __i = __middle; __i < __last; ++__i) //堆排序
    if (*__i < *__first) 
      __pop_heap(__first, __middle, __i, _Tp(*__i),
                 __DISTANCE_TYPE(__first));
  sort_heap(__first, __middle); //堆排序
}

template <class _RandomAccessIterator>
inline void 
make_heap(_RandomAccessIterator __first, _RandomAccessIterator __last)
{
  __STL_REQUIRES(_RandomAccessIterator, _Mutable_RandomAccessIterator);
  __STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_RandomAccessIterator>::value_type,
                 _LessThanComparable);
  __make_heap(__first, __last,
              __VALUE_TYPE(__first), __DISTANCE_TYPE(__first));
}
 
template <class _RandomAccessIterator, class _Tp, class _Distance>
void 
__make_heap(_RandomAccessIterator __first,
            _RandomAccessIterator __last, _Tp*, _Distance*)
{
  if (__last - __first < 2) return;
  _Distance __len = __last - __first;
  _Distance __parent = (__len - 2)/2;
    
  while (true) { //线性建堆
    __adjust_heap(__first, __parent, __len, _Tp(*(__first + __parent)));
    if (__parent == 0) return;
    __parent--; //__parent就是线性建堆时逆序扫描
  }
}

总结来说，STL 中的排序算法sort有3个步骤：

控制递归深度 --> 使用了堆排序 --> 线性建堆

单边递归

三点取中

排序区间大小：当排序区间大的时候使用了快速排序，当排序区间过小的时候停止快速排序，使用插入排序。也就是说经过快速排序后，整段空间被分割为了几段，每段里面的数不是有序的，但是第一段的所有数都小于第二段，第二段的所有数都小于第三段...，最后对每一段插入排序使其成为有序序列。

也就是说sort算法将三种排序进行了融合：

对于区间较大的情况，使用了快速排序；

当递归深度过深时，使用堆排序；

最终的排序整理，使用插入排序。

即STL中的sort算法是快排、插入排序和堆排序的综合