STL 源码分析《1》---- list 归并排序的 迭代版本， 神奇的 STL list sort

最近在看 侯捷的 STL源码分析，发现了以下的这个list 排序算法，乍眼看去，实在难以看出它是归并排序。

平常大家写归并排序，通常写的是 递归版本。。为了效率的考虑，STL库 给出了如下的 归并排序的迭代版本.

1. MergeSort 的递归版本

首先分析下 MergeSort 的递归版本是如何工作的。递归版本代码可参考 http://blog.csdn.net/shoulinjun/article/details/19290237

考虑如下的例子，对一个长度为 8 的数组进行归并排序。

2. 迭代版本

而 迭代版本恰恰相反，是 从下往上。

为了便于明白算法的思想，我模仿 STL 库的 list sort 重新写了归并排序。文章最后给出了 STL 的源码。

// copyright @ L.J.SHOU Feb.19, 2014
// my list-sort mimicing STL's list sort
#include <iostream>
using namespace std;

struct ListNode{
  int val;
  ListNode *next;
  ListNode(int x)
    :val(x), next(NULL){}
};

// merge two sorted lists into a sorted list
ListNode* merge(ListNode* &, ListNode* &); 

void ListSort(ListNode* & list)
{
  if(list == NULL || list->next == NULL) /* 空或者1个元素的链表 */
    return;

  ListNode *carry(NULL);
  ListNode *counter[64] = {NULL}; /* 64个list, 中介数据中转站，用于模拟递归 */
  int fill = 0;
  while(list) {
    /* insert first node of list into front of carry */
    ListNode *node = list; list = list->next;
    node->next = carry;
    carry = node;

    int i = 0;
    while(i < fill && counter[i]) {
      counter[i] = merge(counter[i], carry);
      carry = NULL; /* after merge, carry is now empty */
      swap(carry, counter[i++]);
    }
    swap(carry, counter[i]);
    if(i == fill) ++fill;
  }

  for(int i = 1; i < fill; ++i){ /* 将 64 个 lists 归并成一个 list */
    counter[i] = merge(counter[i], counter[i-1]);
    counter[i-1] = NULL;
  }
  swap(list, counter[fill-1]);
}

代码分析：上述代码中 开了一个长度为 64 的链表数组。

第 i 个链表长度最长是 2^(i+1)。

算法的执行过程如下：

对 8 1 4 5 进行排序。

比较 递归与迭代的算法过程，可以发现两者就是互逆的过程。

现在相比大家对算法有了一个全面的认识。STL 库正是 利用 长度为 64个链表，实现了上图中的算法。

这个算法能够排序的总数是 2^65-2 个数，应该够用了。

SGI STL 的源代码（选自 STL 源码分析）如下：

// list 不能使用 STL 算法 sort ()
// 因为 STL 算法 sort() 只接受 RandomAccessIterator
// 本函数采用 mergesort
template <class T, class Alloc>
void list<T, Alloc>::sort () {
  // 以下判断，如果是空链表， 或仅有一个元素，就不进行任何操作
  if (node->next == node || link_type(node->next)->next == node)
  return;
  
  // 一些新的 lists, 作为中介数据存放区
  list<T, Alloc> carry;
  list<T, Alloc> counter[64];
  int fill = 0;
  while (!empty()) {
    carry.splice(carry.begin(), *this, begin());
    in i = 0;
    while(i < fill && !counter[i].empty()) {
      counter[i].merge(carry);
      carry.swap(counter[i++]);
    }
	carry.swap(counter[i]);
    if (i == fill) ++fill;
  }

  for(int i = 1; i < fill; ++i)
    counter[i].merge(counter[i-1]);
  swap(counter[fill-1]);
}

参考：1. STL源码分析， 侯捷

2.  http://blog.csdn.net/shoulinjun/article/details/19501811