《Go语言四十二章经》第二十九章 排序(sort)

《Go语言四十二章经》第二十九章 排序(sort)

作者：李骁

29.1 sort包介绍

Go语言标准库sort包中实现了几种基本的排序算法：插入排序、快排和堆排序，但在使用sort包进行排序时无需具体考虑使用那种排序方式。

func insertionSort(data Interface, a, b int) 
func heapSort(data Interface, a, b int)
func quickSort(data Interface, a, b, maxDepth int) 

sort.Interface接口定义了三个方法，注意sort包中接口Interface这个名字，是大写字母I开头，不要和interface关键字混淆，这里就是一个接口名而已。

type Interface interface {
    // Len 为集合内元素的总数  
    Len() int
    // 如果index为i的元素小于index为j的元素，则返回true，否则false
    Less(i, j int) bool
    // Swap 交换索引为 i 和 j 的元素
    Swap(i, j int)
}

这三个方法分别是：获取数据集合长度的Len()方法、比较两个元素大小的Less()方法和交换两个元素位置的Swap()方法。只要实现了这三个方法，就可以对数据集合进行排序，sort包会根据实际数据自动选择高效的排序算法。

sort包原生支持[]int、[]float64和[]string三种内建数据类型切片的排序操作，即不必我们自己实现相关的Len()、Less()和Swap()方法。

以[]int为例，我们看看在sort包中的是怎么定义排序操作的:

type IntSlice []int

先通过 []int 来定义新类型IntSlice，然后在IntSlice上定义三个方法，Len()，Less(i, j int)，Swap(i, j int)，实现了这三个方法也就意味着实现了sort.Interface。

方法 func (p IntSlice) Sort() 通过调用 sort.Sort(p) 函数来实现排序。而p因为是sort.Interface类型，但IntSlice实现了这三个接口方法，也是sort.Interface类型，因此可以直接调用得到排序结果。其他[]float64和[]string的排序也基本上按照这种方式来实现。

其他类型并没有在标准包中给出实现方法，需要我们自己来定义实现。下面第二节 自定义sort.Interface排序 就是专门来讲怎么实现的，但有了这三个实现的实例，自定义实现排序也就很容易了。

func (p IntSlice) Len() int           { return len(p) }
func (p IntSlice) Less(i, j int) bool { return p[i] < p[j] }
func (p IntSlice) Swap(i, j int)      { p[i], p[j] = p[j], p[i] }
func (p IntSlice) Sort() { Sort(p) }

来看看[]int，[]string排序的实例：

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

func main() {
    a := []int{3, 5, 4, -1, 9, 11, -14}
    sort.Ints(a)
    fmt.Println(a)
    ss := []string{"surface", "ipad", "mac pro", "mac air", "think pad", "idea pad"}
    sort.Strings(ss)
    fmt.Println(ss)
    sort.Sort(sort.Reverse(sort.StringSlice(ss)))
    fmt.Printf("After reverse: %v\n", ss)
}

程序输出：
[-14 -1 3 4 5 9 11]
[idea pad ipad mac air mac pro surface think pad]
After reverse: [think pad surface mac pro mac air ipad idea pad]

默认结果都是升序排列，如果我们想对一个 sortable object 进行逆序排序，可以自定义一个type。但 sort.Reverse 帮你省掉了这些代码。

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

func main() {
    a := []int{4, 3, 2, 1, 5, 9, 8, 7, 6}
    sort.Sort(sort.Reverse(sort.IntSlice(a)))
    fmt.Println("After reversed: ", a)
}

程序输出：
After reversed:  [9 8 7 6 5 4 3 2 1]

相关方法：

// 将类型为float64的slice以升序方式排序
func Float64s(a []float64)   

// 判定是否已经进行排序func Ints(a []int)
func Float64sAreSorted(a []float64) bool　

// Ints 以升序排列 int 切片。
func Ints(a []int)                  

// 判断 int 切片是否已经按升序排列。
func IntsAreSorted(a []int) bool　

//IsSorted 判断数据是否已经排序。包括各种可sort的数据类型的判断．
func IsSorted(data Interface) bool    


//Strings 以升序排列 string 切片。
func Strings(a []string)

//判断 string 切片是否按升序排列
func StringsAreSorted(a []string) bool

// search使用二分法进行查找，Search()方法回使用“二分查找”算法来搜索某指定切片[0:n]，
// 并返回能够使f(i)=true的最小的i（0<=i<n）值，并且会假定，如果f(i)=true，则f(i+1)=true，
// 即对于切片[0:n]，i之前的切片元素会使f()函数返回false，i及i之后的元素会使f()
// 函数返回true。但是，当在切片中无法找到时f(i)=true的i时（此时切片元素都不能使f()
// 函数返回true），Search()方法会返回n（而不是返回-1）。
//
// Search 常用于在一个已排序的，可索引的数据结构中寻找索引为 i 的值 x，例如数组或切片。
// 这种情况下实参 f一般是一个闭包，会捕获所要搜索的值，以及索引并排序该数据结构的方式。
func Search(n int, f func(int) bool) int   

// SearchFloat64s 在float64s切片中搜索x并返回索引如Search函数所述. 
// 返回可以插入x值的索引位置，如果x不存在，返回数组a的长度切片必须以升序排列
func SearchFloat64s(a []float64, x float64) int　　

// SearchInts 在ints切片中搜索x并返回索引如Search函数所述. 返回可以插入x值的
// 索引位置，如果x不存在，返回数组a的长度切片必须以升序排列
func SearchInts(a []int, x int) int 

// SearchFloat64s 在strings切片中搜索x并返回索引如Search函数所述. 返回可以
// 插入x值的索引位置，如果x不存在，返回数组a的长度切片必须以升序排列
func SearchStrings(a []string, x string) int

// 其中需要注意的是，以上三种search查找方法，其对应的slice必须按照升序进行排序，
// 否则会出现奇怪的结果．

// Sort 对 data 进行排序。它调用一次 data.Len 来决定排序的长度 n，调用 data.Less 
// 和 data.Swap 的开销为O(n*log(n))。此排序为不稳定排序。他根据不同形式决定使用
// 不同的排序方式（插入排序，堆排序，快排）。
func Sort(data Interface)

// Stable对data进行排序，不过排序过程中，如果data中存在相等的元素，则他们原来的
// 顺序不会改变，即如果有两个相等元素num, 他们的初始index分别为i和j，并且i<j，
// 则利用Stable对data进行排序后，i依然小于ｊ．直接利用sort进行排序则不能够保证这一点。
func Stable(data Interface)

29.2 自定义sort.Interface排序

如果是具体的某个结构体的排序，就需要自己实现Interface了。数据集合（包括自定义数据类型的集合）排序需要实现sort.Interface接口的三个方法，即：Len()，Swap(i, j int)，Less(i, j int)，数据集合实现了这三个方法后，即可调用该包的Sort()方法进行排序。Sort(data Interface) 方法内部会使用quickSort()来进行集合的排序。quickSort()会根据实际情况来选择排序方法。

任何实现了 sort.Interface 的类型（一般为集合），均可使用该包中的方法进行排序。这些方法要求集合内列出元素的索引为整数。

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

type person struct {
    Name string
    Age  int
}

type personSlice []person

func (s personSlice) Len() int           { return len(s) }
func (s personSlice) Swap(i, j int)      { s[i], s[j] = s[j], s[i] }
func (s personSlice) Less(i, j int) bool { return s[i].Age < s[j].Age }

func main() {
    a := personSlice{
        {
            Name: "AAA", 
            Age:  55, 
        }, 
        {
            Name: "BBB", 
            Age:  22, 
        }, 
        {
            Name: "CCC", 
            Age:  0, 
        }, 
        {
            Name: "DDD", 
            Age:  22, 
        }, 
        {
            Name: "EEE", 
            Age:  11, 
        }, 
    }
    sort.Sort(a)
    fmt.Println("Sort:", a)

    sort.Stable(a)
    fmt.Println("Stable:", a)

}

该示例程序的自定义类型personSlice实现了sort.Interface接口，所以可以将其对象作为sort.Sort()和sort.Stable()的参数传入。运行结果：

程序输出：

Sort: [{CCC 0} {EEE 11} {BBB 22} {DDD 22} {AAA 55}]
Stable: [{CCC 0} {EEE 11} {BBB 22} {DDD 22} {AAA 55}]

29.3 sort.Slice

利用sort.Slice 函数，而不用提供一个特定的 sort.Interface 的实现，而是 Less(i，j int) 作为一个比较回调函数，可以简单地传递给 sort.Slice 进行排序。这种方法一般不建议使用，因为在sort.Slice中使用了reflect。

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

type Peak struct {
    Name      string
    Elevation int // in feet
}

func main() {
    peaks := []Peak{
        {"Aconcagua", 22838}, 
        {"Denali", 20322}, 
        {"Kilimanjaro", 19341}, 
        {"Mount Elbrus", 18510}, 
        {"Mount Everest", 29029}, 
        {"Mount Kosciuszko", 7310}, 
        {"Mount Vinson", 16050}, 
        {"Puncak Jaya", 16024}, 
    }

    // does an in-place sort on the peaks slice, with tallest peak first
    sort.Slice(peaks, func(i, j int) bool {
        return peaks[i].Elevation >= peaks[j].Elevation
    })
    fmt.Println(peaks)

}

程序输出：
[{Mount Everest 29029} {Aconcagua 22838} {Denali 20322} {Kilimanjaro 19341} {Mount Elbrus 18510} {Mount Vinson 16050} {Puncak Jaya 16024} {Mount Kosciuszko 7310}]

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