std::ranges::sort_heap() 算法

自 C++20 起

简化

// (1)
constexpr I
    sort_heap( I first, S last, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

// (2)
constexpr ranges::borrowed_iterator_t<R>
    sort_heap( R&& r, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

参数类型是泛型的，并具有以下约束

• I - std::random_access_iterator
• S - std::sentinel_for<I>
• R - std::ranges::random_access_range
• Comp - （无）
• Proj - (无)

所有重载的 Proj 和 Comp 模板参数具有以下默认类型：std::identity, ranges::less。

此外，每个重载都有以下约束

• (1) - std::sortable<I, Comp, Proj>
• (2) - std::sortable<ranges::iterator_t<R>, Comp, Proj>

详细

// (1)
template<
  std::random_access_iterator I,
  std::sentinel_for<I> S,
  class Comp = ranges::less,
  class Proj = std::identity
>
  requires std::sortable<I, Comp, Proj>
constexpr I
    sort_heap( I first, S last, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

// (2)
template<
  ranges::random_access_range R,
  class Comp = ranges::less,
  class Proj = std::identity
>
  requires std::sortable<ranges::iterator_t<R>, Comp, Proj>
constexpr ranges::borrowed_iterator_t<R>
    sort_heap( R&& r, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

将最大堆 [first; last) 转换为按升序排列的已排序范围。
结果范围不再具有堆属性。

• (1) 使用给定的二元比较函数 comp 和投影对象 proj 比较元素。

• (2) 与 (1) 相同，但使用 r 作为源范围，如同使用 ranges::begin(r) 作为 first 和 ranges::end(r) 作为 last。

本页描述的函数类实体是niebloids。

参数

first last	用于创建堆的元素范围。
r	用于创建堆的元素范围。
pred	应用于投影元素的谓词。
proj	要应用于元素的投影。

返回值

一个等于 last 的迭代器。

复杂度

给定 N 为 ranges::distance(first, last)

最多 2 * N * log(N) 次比较和 4 * N * log(N) 次投影。

异常

(无)

可能的实现

sort_heap(1) 和 sort_heap(2)

struct sort_heap_fn
{
    template<std::random_access_iterator I, std::sentinel_for<I> S,
             class Comp = ranges::less, class Proj = std::identity>
    requires std::sortable<I, Comp, Proj>
    constexpr I
        operator()(I first, S last, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const
    {
        auto ret {ranges::next(first, last)};
        for (; first != last; --last)
            ranges::pop_heap(first, last, comp, proj);
        return ret;
    }

    template<ranges::random_access_range R, class Comp = ranges::less,
             class Proj = std::identity>
    requires std::sortable<ranges::iterator_t<R>, Comp, Proj>
    constexpr ranges::borrowed_iterator_t<R>
        operator()(R&& r, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const
    {
        return (*this)(ranges::begin(r), ranges::end(r), std::move(comp), std::move(proj));
    }
};

inline constexpr sort_heap_fn sort_heap {};

备注

最大堆是元素范围 [f; l)，根据比较器 comp 和投影 proj 排列，具有以下属性：

• 给定 N 为 l - f，p = f[(i - 1) / 2]，和 q = f[i]，对于所有 0 < i < N，表达式 std::invoke(comp, std::invoke(proj, p), std::invoke(proj, q)) 的求值结果为 false。
• 可以使用 ranges::push_heap 添加新元素，时间复杂度为 O(log(N))。
• 可以使用 ranges::pop_heap 移除第一个元素，时间复杂度为 O(log(N))。

示例

Main.cpp

#include <algorithm>
#include <array>
#include <iostream>

void print(auto const& rem, auto const& v)
{
    std::cout << rem;
    for (const auto i : v)
        std::cout << i << ' ';
    std::cout << '\n';
}

int main()
{
    std::array v {3, 1, 4, 1, 5, 9};
    print("original array:  ", v);

    std::ranges::make_heap(v);
    print("after make_heap: ", v);

    std::ranges::sort_heap(v);
    print("after sort_heap: ", v);
}

可能的输出

original array:  3 1 4 1 5 9
after make_heap: 9 5 4 1 1 3
after sort_heap: 1 1 3 4 5 9