c++中的冒泡排序实现

Question

下面的代码用于实现冒泡排序。为什么在这种情况下使用模板？ swapped variabe 的目的是什么。即使我从循环代码中删除 swapped 变量和 swapped condition 仍然可以正常工作

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <iterator>

template <typename RandomAccessIterator>
void bubble_sort(RandomAccessIterator begin, RandomAccessIterator end) {
  bool swapped = true;
  while (begin != end-- && swapped) {
    swapped = false;
    for (auto i = begin; i != end; ++i) {
      if (*(i + 1) < *i) {
        std::iter_swap(i, i + 1);
        swapped = true;
      }
    }
  }
}

int main() {
  int a[] = {100, 2, 56, 200, -52, 3, 99, 33, 177, -199};
  bubble_sort(std::begin(a), std::end(a));
  copy(std::begin(a), std::end(a), std::ostream_iterator<int>(std::cout, " "));
  std::cout << "\n";
}

另一个实现：

template<typename Iterator>
 void bubbleSort(Iterator first, Iterator last)
 {
     Iterator i, j;
     for (i = first; i != last; i++)
         for (j = first; j < i; j++)
             if (*i < *j)
                 std::iter_swap(i, j); // or std::swap(*i, *j);
 }

Answer 1

模板只是为了方便使用不同类型的函数。实现函数以使用迭代器而不是简单的数组可以为您省去很多关于指针和大小的麻烦。

swapped 变量向算法表明上次从begin 到end 的运行没有导致任何交换。这意味着该数组已在此范围内排序（并且在 end 之后它也已排序，因为这是在之前的传递中处理的）并且无需循环直到 begin 和 end 迭代器相同。如果您删除此检查，该算法将起作用，但在部分排序数组的情况下可能会导致时间浪费。

我们来看这个例子：

0: {1   2   5   3   4} (begin = 0, end = 4)
1: {1   2   3   4   5} (begin = 0, end = 3)
2: {1   2   3   4   5} (begin = 0, end = 2)
3: {1   2   3   4   5} (begin = 0, end = 1)
4: {1   2   3   4   5} (begin = 0, end = 0)

您可以看到在0: 之后数组已经排序，但没有swapped 标志，算法不会中断并继续检查。如果标志在1: 之后存在，则swapped 标志为false，并且算法退出。

Answer 2

不同的容器有自己的迭代器类型。例如，对于一维数组，使用指针作为迭代器，而对于 std::vector 类型的对象，使用此模板类中定义的迭代器。

变量swapped 用作元素是否已排序的标准。如果在遍历序列时没有交换序列的元素，则表示该序列已经排序。

考虑到您展示的实现由于此语句而具有未定义的行为

while (begin != end-- && swapped) {
                ^^^^

因为当范围可以为空时，尝试减少最后一个迭代器。所以实现是不正确的。

此外，该算法效率不高。例如，在内部循环的一些迭代之后，数组的尾部可能已经排序。但是在外部循环中，最后一个迭代器只向左移动了一个位置。

对冒泡排序使用前向迭代器就足够了。在这种情况下，即使 std::forward_list 和其他没有随机访问迭代器的容器，您也可以使用该算法。

这是一个演示程序，展示了如何使用前向迭代器来实现该算法。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <forward_list>

template <typename ForwardIterator>
void bubble_sort( ForwardIterator first, ForwardIterator last )
{
    for ( ForwardIterator sorted = first; first != last; last = sorted )
    {
        sorted = first;
        for ( ForwardIterator current = first, prev = first; ++current != last; ++prev )
        {
            if ( *current < *prev )
            {
                std::iter_swap( current, prev );
                sorted = current;
            }
        }
    }
}

int main() 
{
    int a[] = { 100, 2, 56, 200, -52, 3, 99, 33, 177, -199 };

    bubble_sort( std::begin( a ), std::end( a ) );
    std::copy( std::begin( a ), std::end( a ), 
               std::ostream_iterator<int>( std::cout, " " ) );
    std::cout << "\n";

    std::forward_list<int> lst = { 100, 2, 56, 200, -52, 3, 99, 33, 177, -199 };

    bubble_sort( std::begin( lst ), std::end( lst ) );
    std::copy( std::begin(lst ), std::end( lst ), 
               std::ostream_iterator<int>( std::cout, " " ) );
    std::cout << "\n";
}   

程序输出是

-199 -52 2 3 33 56 99 100 177 200 
-199 -52 2 3 33 56 99 100 177 200 

这里在程序中使用了一个数组和一个std::forward_list类型的对象，该算法可以应用于这两个容器。