排序---快速排序的4次优化

前言

个人小记

一、代码

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#define MAX_ARR 10000000
#define SCOPE 16
#define swap(a,b)\
{\
    __typeof(a) __c=a;\
    a=b,b=__c;\
}
#define TEST(func,arr,l,r)\
{\
    printf("test: %s\n",#func);\
    int n=r-l;\
    int* t=(int*)malloc(sizeof(int)*n);\
    memcpy(t,arr,n);\
    long long a=clock();\
    func(t,l,r);\
    long long b=clock();\
    if(check(t,n))printf("OK %lldms\n",(b-a)*1000/CLOCKS_PER_SEC);\
    else printf("FAIL\n");\
    free(t);\
}

int check(int* t,int n)
{
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        if(t[i-1]>t[i])return 0;
    }
    return 1;
}

int* init_arr(int n)
{
    int* arr=(int*)malloc(sizeof(int)*n);
    for(int i=0;i<n;i++)arr[i]=rand()%10000000;
    return arr;
}

void quick_sort(int* arr,int l,int r)
{
    if(r-l<=2)
    {
        if(r-l<=1)return ;
        if(arr[l]>arr[r-1])swap(arr[l],arr[r-1]);
        return ;
    }
    int x=l,y=r-1,z=arr[l];
    while(y>x)
    {
        while(y>x&&arr[y]>z)y--;
        if(y>x)arr[x++]=arr[y];
        while(y>x&&arr[x]<z)x++;
        if(y>x)arr[y--]=arr[x];
    }
    arr[x]=z;
    quick_sort(arr,l,x);
    quick_sort(arr,x+1,r);
    return ;
}


void quick_sort_1(int* arr,int l,int r)
{
    if(r-l<=2)
    {
        if(r-l<=1)return ;
        if(arr[l]>arr[l+1])swap(arr[l],arr[l+1]);
        return;
    }
    int x=l,y=r-1,z=arr[l];
    while(y>x)
    {
        while(y>x&&arr[y]>=z)y--;
        if(y>x)arr[x++]=arr[y];
        while(y>x&&arr[x]<=z)x++;
        if(y>x)arr[y--]=arr[x];
    }
    arr[x]=z;
    quick_sort_1(arr,l,x);
    quick_sort_1(arr,x+1,r);
    return ;
}

void quick_sort_v1(int *arr,int l,int r)
{
    if(r-l<=2)
    {
        if(r-l<=1)return ;
        if(arr[l]>arr[l+1])swap(arr[l],arr[l+1]);
        return ;
    }
    int x=l,y=r-1,z=arr[l];
    do
    {
        while(arr[y]>z)y--;
        while(arr[x]<z)x++;
        if(x<=y)
        {
            swap(arr[x],arr[y]);
            x++,y--;
        }
    }while(x<=y);
    quick_sort_v1(arr,l,y+1);
    quick_sort_v1(arr,x,r);
return ;
}

int middle(int a,int b,int c)
{
    if(a>b)swap(a,b);
    if(a>c)swap(a,c);
    if(b>c)swap(a,c);
    return b;
}

void quick_sort_v2(int *arr,int l,int r)
{
    if(r-l<=2)
    {
        if(r-l<=1)return ;
        if(arr[l]>arr[l+1])swap(arr[l],arr[l+1]);
        return ;
    }
    int x=l,y=r-1,z=middle(arr[l],arr[r-1],arr[(l+r)/2+1]);
    do
    {
        while(arr[y]>z)y--;
        while(arr[x]<z)x++;
        if(x<=y)
        {
            swap(arr[x],arr[y]);
            x++,y--;
        }
    }while(x<=y);
    quick_sort_v2(arr,l,y+1);
    quick_sort_v2(arr,x,r);
return ;
}

void quick_sort_v3(int *arr,int l,int r)
{
    while(r>l)
    {
        int x=l,y=r-1,z=middle(arr[l],arr[r-1],arr[(l+r)/2+1]);
        do
        {
            while(arr[y]>z)y--;
            while(arr[x]<z)x++;
            if(x<=y)
            {
                swap(arr[x],arr[y]);
                x++,y--;
            }
        }while(x<=y);
        quick_sort_v3(arr,l,y+1);
        l=x;
    }
return ;
}

void __quick_sort_v4(int *arr,int l,int r)
{
    while(r-l>SCOPE)
    {
        int x=l,y=r-1,z=middle(arr[l],arr[r-1],arr[(l+r)/2+1]);
        do
        {
            while(arr[y]>z)y--;
            while(arr[x]<z)x++;
            if(x<=y)
            {
                swap(arr[x],arr[y]);
                x++,y--;
            }
        }while(x<=y);
        __quick_sort_v4(arr,l,y+1);
        l=x;
    }
return ;
}

void UC_insert_sort(int *arr,int l,int r)
{
    int min=l;
    for(int i=l;i<r;i++)
    {
        if(arr[min]>arr[i])min=i;
    }
    while(min>l)
    {
        swap(arr[min],arr[min-1]);
        min=min-1;
    }
    for(int i=l+2;i<r;i++)
    {
        int j=i;
        while(arr[j]<arr[j-1])
        {
            swap(arr[j],arr[j-1]);
            j=j-1;
        }
    }
    return ;
}

void quick_sort_v4(int *arr,int l,int r)
{
    __quick_sort_v4(arr,l,r);
    UC_insert_sort(arr,l,r);
    return ;
}

int main()
{
    srand((unsigned)time(0));
    int* arr=init_arr(MAX_ARR);
    
    TEST(quick_sort,arr,0,MAX_ARR);
    //TEST(quick_sort_1,arr,0,MAX_ARR);
    TEST(quick_sort_v1,arr,0,MAX_ARR);
    TEST(quick_sort_v2,arr,0,MAX_ARR);
    TEST(quick_sort_v3,arr,0,MAX_ARR);
    TEST(quick_sort_v4,arr,0,MAX_ARR);
    free(arr);
    return 0;
}

二、测试结果

test: quick_sort
OK 856ms
test: quick_sort_v1
OK 868ms
test: quick_sort_v2
OK 895ms
test: quick_sort_v3
OK 964ms
test: quick_sort_v4
OK 791ms