Swift 使用哪种通用排序算法？它在排序数据上表现不佳

Question

我一直在挑选和探索 Swift 标准库 sort() 函数的 Array 类型。令我惊讶的是，我注意到它在已经排序的数据上表现不佳。

对Int 的数组进行排序似乎比对已经排序的相同数组进行排序要快 5 倍。对一个随机对象数组进行排序比对已经按排序顺序排序的相同对象快约 4 倍（排序对象数组与 Int 数组使用不同的算法，我确信因此我对两者都进行了排序以消除偏差）。

这些是结果：

Shuffled Int array sort time: 1.3961209654808
Shuffled ColorObject array sort time: 3.14633798599243
NOnshuffled Int array sort time: 7.34714204072952
NOnshuffled ColorObject array sort time: 10.9310839772224

下面是我的代码供参考：

class ElapsedTimer {

    let startTime: CFAbsoluteTime
    var endTime: CFAbsoluteTime?

    init() {
        startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent()
    }

    func stop() -> CFAbsoluteTime {
        endTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent()
        return duration!
    }

    var duration: CFAbsoluteTime? {
        if let endTime = endTime {
            return endTime - startTime
        } else {
            return nil
        }
    }
}

public class CountedColor {
    public private(set) var count: Int
    public private(set) var color: UIColor

    public init(color: UIColor, colorCount: Int) {
        self.count = colorCount
        self.color = color
    }
}

var distributedIntArray = [Int]()

for value in 1..<1000000 {
    distributedIntArray.append(value)
}

var distributedCountedColorArray = distributedIntArray.map{ CountedColor(color: UIColor.white, colorCount: $0) }

distributedCountedColorArray.shuffle()
distributedIntArray.shuffle()

var timer = ElapsedTimer()
distributedIntArray.sort()
print("Shuffled Int array sort time: \(timer.stop())")
timer = ElapsedTimer()

distributedCountedColorArray.sort{ return $0.count < $1.count }
print("Shuffled Color array sort time: \(timer.stop())")
timer = ElapsedTimer()

distributedIntArray.sort()
print("NOnshuffled Int array sort time: \(timer.stop())")
timer = ElapsedTimer()

distributedCountedColorArray.sort{ return $0.count < $1.count }
print("Non shuffled Color array sort time: \(timer.stop())")

我的数组shuffle() 方法是从this post 中提取的。我的ElapsedTimer 只是简单地包装和使用CACurrentMediaTime() 函数。

我的问题是为什么我会看到这种行为？特别是当我对肯定应该使用通用排序的对象数组进行排序时。 swift使用什么样的通用排序算法？它肯定不可能是最坏情况和平均情况像 mergeSort 一样的情况。

Answer 1

这似乎是这个问题的重复：Swift sorting algorithm implementation

此外，它在 shuffle 时表现如此出色的原因可能只是因为当它 shuffle 时它的性能没有达到 NlogN 的上限。对排序后的数组进行排序可能会更接近上限，所以它仍然是相同的排序。但我不知道这只是理论

Answer 2

Swift 使用Introsort。查看source code，我们看到选择的枢轴是第一个元素。 Introsort 上的维基百科页面说：

(...)，关键操作之一是选择枢轴： 列表被分区的元素。最简单的支点 选择算法是取第一个或最后一个元素 list 作为枢轴，导致 sorted 或 几乎排序的输入。

因此，对于已排序的输入，Swift 的排序性能最差是完全可以预测的。

我为想要轻松重现 OP 声明的人建立了一个完整的基准： https://github.com/lemire/Code-used-on-Daniel-Lemire-s-blog/tree/master/extra/swift/sort

作为参考，GNU ISO C++ 标准库使用 3 的中值枢轴（根据 stl_algo.h 标头）。

Answer 3

在 Swift 5 的演变中，IntroSort 算法在 'sort()' 方法中被修改版本的 TimSort（Tim Peters 于 2002 年首次为 Python 实现）取代： https://github.com/apple/swift/blob/master/stdlib/public/core/Sort.swift