更快地从结构数组中交换元素

Question

我有这个结构：

typedef struct data{
    char name[100], pseudo[100];
    int num0, num1, num2, num3, num4;
    long int lnum0, lnum1, lnum2, lnum3, lnum4;
    double dnum0, dnum1;
}data;
data list[50]

我创建了一个此结构的数组，并使用快速排序算法对它们进行排序。 为此，我必须使用此函数交换元素：

void swap(data list[], i, j){
    data tmp;

    tmp.num1 = list[i].num1
    list[i].num1 = list[j].num1
    list[j].num1 =tmp.num1
    //using memmove to avoid overlaping from the strcpy function
    memmove(temp.name,list[i].name,strlen(list[i].name));
    memmove(list[i].name,list[j].name,strlen(list[j].num1));
    memmove(list[j].name,tmp.name,strlen(tmp.name));
}

我的结构中有 16 个元素，我必须重复此函数 16 次才能将它们全部交换。 我的问题是：是否有另一种更简单、更快或更好的方法来进行，或者我们可以优化这个功能？

Answer 1

这是对具有T 类型的N 元素的数组进行排序的典型解决方法，其中假定N 和sizeof(T) 都很大。

1. 创建一个由N 组成的临时数组指针 到T。
2. 用指向实际数组中元素的指针填充临时数组。
3. 对临时数组进行排序。 （比较元素时，您必须取消引用指针。交换元素时，您只需交换单个指针。）
4. 重新排列原始数组中的元素，使它们与临时数组中的指针所指向的顺序相同。
5. 再次释放临时数组。

此技术的优点是您只需执行T 的O(N) 交换，而您可以执行T* 的O(N log(N)) 交换。缺点是您必须分配临时缓冲区并在比较元素时通过额外的指针间接。您必须进行基准测试才能确定这是否适合您的类型。

一个可能的优化是在堆栈上分配临时数组，因为它永远不会超过排序例程。但是，将巨大的数组放入堆栈可能会导致堆栈溢出，因此请注意大小。

Answer 2

我不确定这是否是您要查找的内容，但加速这些交换的一种简单方法是将指向“结构数据”的指针存储在“列表”中，而不是存储整个结构本身。这样，当你交换时，你一次只交换 4 或 8 个字节（分别为 32 位和 64 位），而不是高达 256 个字节。

如果您打算连续存储和交换这些结构的所有内存，最好的办法是使用向量内在函数 (SIMD)。这是guide for gcc。这是one for msvc。

Answer 3

如果不是因为您询问优化这一事实，我会认为这是一项家庭作业。不过，分类种类的家庭作业通常不涉及优化。尽管如此，您的机构会在现实世界中教您永远不要重新发明轮子，除非收益大于成本。在这种情况下，他们不会。

• 想象一下，如果您的 x86 最快代码也 ARM 最慢。这是一种常见的情况，标准库在<stdlib.h> 中包含两个函数：qsort 和bsearch。很可能，标准库的作者对如何编写、测试和调整每个平台的排序算法有更好的了解。
• 想象一下，如果每个进程 在每个给定时间运行都重新发明轮子，导致大量重复的排序函数被保留并在内存中交换......使用标准库代码的一个主要好处是它可以在许多进程之间共享，从而减少重复的资源消耗。更少的资源消耗也很可能会导致代码更快，在这种情况下，在多个进程之间共享此资源也可能会减少缓存抖动。

要使用qsort 和bsearch，您首先需要定义一个比较函数。这可以像包装strcmp 一样简单，如果您可以保证要排序的字段实际上是一个字符串（即字符序列以'\0' 结尾）。比较函数需要使用签名int compare(void const *x, void const *y);，例如：

int compare_data_by_name(void const *x, void const *y) {
    data const *foo = x, *bar = y;
    return strcmp(foo->name, bar->name);
}

调用qsort(list, sizeof list / sizeof *list, sizeof *list, compare_data_by_name); 将排序list。

调用bsearch(&(data){ .name = "fred" }, list, sizeof list / sizeof *list, sizeof *list, compare_data_by_name); 将检索以"fred" 作为名称的项目。