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前言
當你第一眼看到這道面試題是不是心裏在暗喜，一問算法題就比問排序算法，一問排序算法就問快速排序。
如果你回答：
STL裏的sort算法肯定用的是快速排序啊？難不成還是冒泡排序麼？
如果你只是回答快速排序，那麼恭喜你只答對了33.333%，離正確答案還差一大截。
回答完，接着會引來一堆問題轟炸：
- 數據量大和數據量小都適合用快速排序嗎？
- 快速排序的時間複雜度不是穩定的nlogn，最壞情況會變成n^2，怎麼解決複雜度惡化問題？
- 快速排序遞歸實現時，怎麼解決遞歸層次過深的問題？
- 遞歸過深會引發什麼問題？
- 怎麼控制遞歸深度？如果達到遞歸深度了還沒排完序怎麼辦？
首先，回答用到哪種排序算法，正確答案是：
毫無疑問是用到了快速排序，但不僅僅只用了快速排序，還結合了插入排序和堆排序。
是不是很驚喜，很意外？
爲什麼？直接看STL源碼實現，來源於侯捷老師翻譯的鼎鼎大名的《STL源碼剖析》關於sort算法實現的細節，實現細節有很多精彩的地方。
並非所有容器都使用sort算法
既然問的是STL的sort算法實現，那麼先確認一個問題，哪些STL容器需要用到sort算法？
首先，關係型容器擁有自動排序功能，因爲底層採用RB-Tree，所以不需要用到sort算法。
其次，序列式容器中的stack、queue和priority-queue都有特定的出入口，不允許用戶對元素排序。
剩下的vector、deque，適用sort算法。
實現邏輯
STL的sort算法，數據量大時採用QuickSort快排算法，分段歸併排序。一旦分段後的數據量小於某個門檻（16），爲避免QuickSort快排的遞歸調用帶來過大的額外負荷，就改用Insertion Sort插入排序。如果遞歸層次過深，還會改用HeapSort堆排序。
結合快速排序-插入排序-堆排序 三種排序算法。
具體代碼
源文件：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/libstdc++-html-USERS-4.4/a01347.html
template<typename _RandomAccessIterator>
inline void
sort(_RandomAccessIterator __first, _RandomAccessIterator __last)
{
typedef typename iterator_traits<_RandomAccessIterator>::value_type
_ValueType;
// concept requirements
__glibcxx_function_requires(_Mutable_RandomAccessIteratorConcept<
_RandomAccessIterator>)
__glibcxx_function_requires(_LessThanComparableConcept<_ValueType>)
__glibcxx_requires_valid_range(__first, __last);
if (__first != __last)
{
//快速排序+插入排序
std::__introsort_loop(__first, __last,
std::__lg(__last - __first) * 2);
//插入排序
std::__final_insertion_sort(__first, __last);
}
}
其中__lg函數是計算遞歸深度，用來控制分割惡化，當遞歸深度達到該值改用堆排序，因爲堆排序是時間複雜度恆定爲nlogn：
template<typename _Size>
inline _Size
__lg(_Size __n)
{
_Size __k;
for (__k = 0; __n != 1; __n >>= 1)
++__k;
return __k;
}
先來看，__introsort_loop 快排實現部分：對於區間小於16的採用快速排序，如果遞歸深度惡化改用堆排序。
template<typename _RandomAccessIterator, typename _Size>
void
__introsort_loop(_RandomAccessIterator __first,
_RandomAccessIterator __last,
_Size __depth_limit)
{
typedef typename iterator_traits<_RandomAccessIterator>::value_type
_ValueType;
//_S_threshold=16，每個區間必須大於16才遞歸
while (__last - __first > int(_S_threshold))
{
//達到指定遞歸深度，改用堆排序
if (__depth_limit == 0)
{
std::partial_sort(__first, __last, __last);
return;
}
--__depth_limit;
_RandomAccessIterator __cut =
std::__unguarded_partition(__first, __last,
_ValueType(std::__median(*__first,
*(__first
+ (__last
- __first)
/ 2),
*(__last
- 1))));
std::__introsort_loop(__cut, __last, __depth_limit);
__last = __cut;
}
}
再來看插入排序部分：
template<typename _RandomAccessIterator>
void
__final_insertion_sort(_RandomAccessIterator __first,
_RandomAccessIterator __last)
{
if (__last - __first > int(_S_threshold))
{
//先排前16個
std::__insertion_sort(__first, __first + int(_S_threshold));
//後面元素遍歷插入到前面有序的正確位置
std::__unguarded_insertion_sort(__first + int(_S_threshold), __last);
}
else
std::__insertion_sort(__first, __last);
}
爲什麼用插入排序？因爲插入排序在面對“幾近排序”的序列時，表現更好。
結束語
最好的理解方式還是看書再結合源碼。