解析呼叫sort導致死迴圈問題的原因

記錄乙個sort問題

2020.8.7 更新

某位某里的「同學」說我這個錯是自己寫程式的問題。你的自定義比較函式直接返回true會有偏序問題，他是這麼說的，如果你傳遞進a,b和傳遞進b,a都返回true的話，那麼就無法判斷a和b誰大，就會造成問題

。如果是在visual studio下debug模式編譯器會報錯。在他的「提示」下，我改用visual studio debug模式試了下。**和下面的一致。結果是不報錯。

環境

windows 10

visual studio community 2019 版本16.1.3

編譯截圖

windows下不會報錯，那麼在linux下呢？

環境

ubuntu 14.04.6 lts

gcc 4.8.5

編譯命令如下

g++ test.cc -o test -std=c++11 -ddebug

結果正常編譯

為了完全反駁他，可以把自定義比較函式改一下

bool cmp(const int &a, const int &b)

這樣就不會產生所說的偏序的問題，那麼這麼寫會不會產生問題？讓我們來試一下，編譯命令如下

g++ test.cc -o test -std=c++11 -ddebug

執行結果如圖

可見，仍然出現錯誤。至此，問題結束。

#include #include #include using namespace std;
bool cmp(const int &a, const int &b)
int main()

這段**很簡單，首先向vector裡插入了33個1（只要是重複元素就會出現這個問題），然後用sort函式，利用自定義比較函式對其進行排序，最後將排序的結果輸出。按道理來說，自定義排序函式如果一直返回true的結果是，不對vector內元素進行排序，但是編譯執行後的結果是程式一直處於執行狀態，遲遲沒有結果輸出。經測試，只要陣列元素大於16，就會出現這種情況。百思不得其解，後來檢視stl原始碼得到了答案。

從stl-sort原始碼開始分析。原始碼版本5.1.5。

template // 帶自定義比較函式的sort函式
void sort(_randomaccessiter __first, _randomaccessiter __last, _compare __comp) 
}

自省排序：是一種混合排序方式，大部分情況下與median-of-3 quick sort排序演算法完全相同，但是當分割行為有惡化為二次行為傾向時，能能夠自我偵測，轉而改用heap sort，使效率維持在o(nlogn)。注：二次行為傾向，看過**後感覺就是快排的次數超過了設定的閾值，這個閾值由__lg()函式計算出，**下面有）。

用來控制分割閾值的情況，找出2^k <= n的最大值k返回

template inline _size __lg(_size __n)

template // 自省排序主流程
void __introsort_loop(_randomaccessiter __first,
_randomaccessiter __last, _tp*,
_size __depth_limit, _compare __comp) 
--__depth_limit;
// 利用快排進行排序，並返回中樞節點
_randomaccessiter __cut =
__unguarded_partition(__first, __last,
_tp(__median(*__first,
*(__first + (__last - __first)/2),
*(__last - 1), __comp)),
__comp);
// 對右半段進行sort
__introsort_loop(__cut, __last, (_tp*) 0, __depth_limit, __comp);
__last = __cut;
// 現在回到while迴圈，對左半段進行sort
}}

先簡單說一下快排演算法。分割方法不只一種，以下敘述既簡單又有良好成效的做法。令頭端迭代器first向尾部移動，尾端迭代器last向頭部移動。當*first大於或等千樞軸時就停下來，當*last小於或等於樞軸時也停下來，然後檢驗兩個迭代器是否交錯。如果first仍然在左而last仍然在右，就將兩者元素互換，然後各自調整乙個位置（向**逼近），再繼續進行相同的行為。如果發現兩個迭代器交錯了(亦即!(first// 快排演算法，也是書裡所說的分割演算法

_randomaccessiter __unguarded_partition(_randomaccessiter __first,

_randomaccessiter __last,

_tp __pivot, _compare __comp)

--__last;

// last找到 <= pivot 的元素就停下來

while (__comp(__pivot, *__last))

// 交錯，結束迴圈

if (!(__first < __last))

return __first;

// 大小值交換

iter_swap(__first, __last);

++__first;

}}接著走完整個流程。當待排序資料變為區域性有序之後，就可以執行最後一步，呼叫插入排序來完成整個排序過程。

template void __final_insertion_sort(_randomaccessiter __first,
_randomaccessiter __last, _compare __comp) 
else
__insertion_sort(__first, __last, _stlp_value_type(__first,_randomaccessiter), __comp);
}

從頭說一下流程。當我們呼叫sort進行排序的時候，首先會判斷元素個數，如果大於16，則先進行快排（分割演算法），等資料呈有序小塊的時候再呼叫插入排序進行合併。

在快排那裡，它首先要找到呼叫自定義比較函式返回false的那個資料(cmp(first,pivot))，如果返回true就一直向後找，注意這裡是沒有進行邊界檢查了，也就是說如果我們讓cmp函式一直返回true，程式就會一直讓first++，死在這裡。

sort函式自定義排序函式中，當兩個數相等時返回false。避免快排時比較兩個數大小越界的問題。

解析呼叫sort導致死迴圈問題的原因

HashMap之鍊錶導致死迴圈

C C 分析陣列越界訪問導致死迴圈

C語言中陣列越界導致死迴圈的測試

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