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C++ is_sorted()函数完全攻略

我们知道,排序操作是比较耗费时间的,尤其当数据量很大的时候。因此在设计程序时,我们应该有意识的去避免执行一些不必要的排序操作。

那么,何谓不必要的排序操作呢?举个例子,有这样一组数据:

1 2 3 4 5

这本就是一组有序的数据,如果我们恰巧需要这样的升序序列,就没有必要再执行排序操作。

因此,当程序中涉及排序操作时,我们应该为其包裹一层判断语句,像如下这样:
//...
if(不是有序序列){
    //执行排序算法
}
//...

注意这里的“不是有序序列”,即只要该序列不符合我们指定的排序规则,就不是有序序列。

那么,怎样才能判断一个序列是否为有序序列呢?很简单,使用 is_sorted() 函数即可,此函数专门用于判断某个序列是否为有序序列。

C++ is_sorted()函数

和之前学习的其它排序函数(比如 sorted() 函数)一样,is_sorted() 函数本质上就是一个函数模板,定义在<algorithm>头文件中。因为,在使用该函数之前,程序中必须先引入此头文件:
#include <algorithm>

is_sorted() 函数有 2 种语法格式,分别是:
//判断 [first, last) 区域内的数据是否符合 std::less<T> 排序规则,即是否为升序序列
bool is_sorted (ForwardIterator first, ForwardIterator last);
//判断 [first, last) 区域内的数据是否符合 comp 排序规则  
bool is_sorted (ForwardIterator first, ForwardIterator last, Compare comp);
其中,first 和 last 都为正向迭代器(这意味着该函数适用于大部分容器),[first, last) 用于指定要检测的序列;comp 用于指定自定义的排序规则。

注意,如果使用默认的升序排序规则,则 [first, last) 指定区域内的元素必须支持使用 < 小于运算符做比较;同样,如果指定排序规则为 comp,也要保证 [first, last) 区域内的元素支持该规则内部使用的比较运算符。

另外,该函数会返回一个 bool 类型值,即如果 [first, last) 范围内的序列符合我们指定的排序规则,则返回 true;反之,函数返回 false。值得一提得是,如果 [first, last) 指定范围内只有 1 个元素,则该函数始终返回 true。

举个例子:
#include <iostream>     // std::cout
#include <algorithm>    // std::is_sorted
#include <vector>       // std::array
#include <list>         // std::list
using namespace std;
//以普通函数的方式自定义排序规则
bool mycomp1(int i, int j) {
    return (i > j);
}
//以函数对象的方式自定义排序规则
class mycomp2 {
public:
    bool operator() (int i, int j) {
        return (i > j);
    }
};

int main() {
    vector<int> myvector{ 3,1,2,4 };
    list<int> mylist{ 1,2,3,4 };
    //调用第 2 种语法格式的 is_sorted() 函数,该判断语句会得到执行
    if (!is_sorted(myvector.begin(), myvector.end(),mycomp2())) {
        cout << "开始对 myvector 容器排序" << endl;
        //对 myvector 容器做降序排序
        sort(myvector.begin(), myvector.end(),mycomp2());
        //输出 myvector 容器中的元素
        for (auto it = myvector.begin(); it != myvector.end(); ++it) {
            cout << *it << " ";
        }
    }
   
    //调用第一种语法格式的 is_sorted() 函数,该判断语句得不到执行
    if (!is_sorted(mylist.begin(), mylist.end())) {
        cout << "开始对 mylist 排序" << endl;
        //......
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

开始对 myvector 容器排序
4 3 2 1

结合输出结果可以看到,虽然 myvector 容器中的数据为降序序列,但我们需要的是升序序列。因此第 22 行代码中 is_sorted() 函数的返回值为 false,而 !false 即 true,所以此 if 判断语句会得到执行。

同样在 33 行代码中,mylist 容器中存储的数据为升序序列,和 is_sorted() 函数的要求相符,因此该函数的返回值为 true,而 !true 即 false,所以此 if 判断语句将无法得到执行。

C++标准库官方网站给出了 is_sorted() 函数底层实现的等效代码,感兴趣的读者可自行前往查看。

C++ is_sorted_until()函数

和 is_sorted() 函数相比,is_sorted_until() 函数不仅能检测出某个序列是否有序,还会返回一个正向迭代器,该迭代器指向的是当前序列中第一个破坏有序状态的元素。

is_sorted_until() 函数的定义也位于<algorithm>头文件中。因为,在使用该函数之前,程序中必须先引入此头文件:
#include <algorithm>

is_sorted_until() 函数有以下 2 种语法格式:
//排序规则为默认的升序排序
ForwardIterator is_sorted_until (ForwardIterator first, ForwardIterator last);
//排序规则是自定义的 comp 规则
ForwardIterator is_sorted_until (ForwardIterator first,
                                 ForwardIterator last,
                                 Compare comp);
其中,first 和 last 都为正向迭代器(这意味着该函数适用于大部分容器),[first, last) 用于指定要检测的序列;comp 用于指定自定义的排序规则。

注意,如果使用默认的升序排序规则,则 [first, last) 指定区域内的元素必须支持使用 < 小于运算符做比较;同样,如果指定排序规则为 comp,也要保证 [first, last) 区域内的元素支持该规则内部使用的比较运算符。

可以看到,该函数会返回一个正向迭代器。对于第一种语法格式来说,该函数返回的是指向序列中第一个破坏升序规则的元素;对于第二种语法格式来说,该函数返回的是指向序列中第一个破坏 comp 排序规则的元素。注意,如果 [first, last) 指定的序列完全满足默认排序规则或者 comp 排序规则的要求,则该函数将返回一个和 last 迭代器指向相同的正向迭代器。

举个例子:
#include <iostream>     // std::cout
#include <algorithm>    // std::is_sorted_until
#include <vector>        // std::array
#include <list>            // std::list
using namespace std;
//以普通函数的方式自定义排序规则
bool mycomp1(int i, int j) {
    return (i > j);
}
//以函数对象的方式自定义排序规则
class mycomp2 {
public:
    bool operator() (int i, int j) {
        return (i > j);
    }
};

int main() {
    vector<int> myvector{ 3,1,2,4 };
    list<int> mylist{ 1,2,3,4 };
    //如果返回值为 myvector.end(),则表明 myvector 容器中的序列符合 mycomp2() 规则
    if (is_sorted_until(myvector.begin(), myvector.end(),mycomp2()) != myvector.end()) {
        cout << "开始对 myvector 容器排序" << endl;
        //对 myvector 容器做降序排序
        sort(myvector.begin(), myvector.end(),mycomp2());
        //输出 myvector 容器中的元素
        for (auto it = myvector.begin(); it != myvector.end(); ++it) {
            cout << *it << " ";
        }
    }
   
    //该判断语句得不到执行
    if (is_sorted_until(mylist.begin(), mylist.end()) != mylist.end()) {
        cout << "开始对 mylist 排序" << endl;
        //......
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

开始对 myvector 容器排序
4 3 2 1

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