如何优化c++快排函数的性能 - 问答

要优化C++中的快速排序（Quick Sort）函数，可以采取以下策略：

选择更好的基准值（Pivot）：使用三数取中法或者随机选择基准值，这样可以避免在近有序或者部分有序的数组中出现最坏情况。
尾递归优化：避免不必要的递归调用，通过尾递归优化来减少函数调用的开销。
对小规模子数组使用简单排序算法：当子数组的规模小于一定阈值时，例如10~20，使用简单排序算法（如插入排序）进行排序，因为这些算法在小规模数据集上表现更好。
并行化：利用多核处理器并行地对数组进行排序，从而加速排序过程。
优化缓存使用：使用cache-oblivious算法设计，以提高缓存利用率。
减少数据交换次数：通过使用迭代器、指针等方式减少数据交换的次数，从而提高性能。
使用非递归实现：使用栈或者其他数据结构实现非递归版本的快速排序，以减少递归带来的额外开销。
使用原地排序：尽量使用原地排序算法，避免使用额外的内存空间，从而减少空间复杂度。
优化编译器选项：使用编译器的优化选项，例如开启内联、循环展开等，以提高运行时性能。
测试和调优：对不同类型的输入数据进行测试，根据实际运行情况进行调优，例如调整阈值等参数。

示例代码：

#include<iostream>
#include<vector>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

using namespace std;

const int INSERTION_SORT_THRESHOLD = 10;

int partition(vector<int>& arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[low];
    while (low< high) {
        while (low< high && arr[high] >= pivot) --high;
        arr[low] = arr[high];
        while (low< high && arr[low] <= pivot) ++low;
        arr[high] = arr[low];
    }
    arr[low] = pivot;
    return low;
}

void quickSort(vector<int>& arr, int low, int high) {
    if (low + INSERTION_SORT_THRESHOLD <= high) {
        int pivotIndex = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
        quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
    }
}

void insertionSort(vector<int>& arr, int low, int high) {
    for (int i = low + 1; i <= high; ++i) {
        int key = arr[i], j = i - 1;
        while (j >= low && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            --j;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

void optimizedQuickSort(vector<int>& arr, int low, int high) {
    while (low + INSERTION_SORT_THRESHOLD <= high) {
        int pivotIndex = partition(arr, low, high);
        if (pivotIndex - low< high - pivotIndex) {
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            low = pivotIndex + 1;
        } else {
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
            high = pivotIndex - 1;
        }
    }
    insertionSort(arr, low, high);
}

int main() {
    vector<int> arr = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    srand(time(NULL));
    optimizedQuickSort(arr, 0, arr.size() - 1);
    for (int num : arr) {
        cout<< num << " ";
    }
    cout<< endl;
    return 0;
}

这个示例代码实现了一个优化过的快速排序算法，包括三数取中、尾递归优化、小规模数组使用插入排序等策略。

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