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C++ merge()和inplace_merge()函数用法(详解版)

有些场景中,我们需要将 2 个有序序列合并为 1 个有序序列,这时就可以借助 merge() 或者 inplace_merge() 函数实现。

值得一提的是,merge() 和 inplace_merge() 函数都定义在<algorithm>头文件中,因此在使用它们之前,程序中必须提前引入该头文件:
#include <algorithm>

C++ merge()函数

merge() 函数用于将 2 个有序序列合并为 1 个有序序列,前提是这 2 个有序序列的排序规则相同(要么都是升序,要么都是降序)。并且最终借助该函数获得的新有序序列,其排序规则也和这 2 个有序序列相同。

举个例子,假设有 2 个序列,分别为5,10,15,20,257,14,21,28,35,42,显然它们不仅有序,而且都是升序序列。因此借助 merge() 函数,我们就可以轻松获得如下这个有序序列:

5 7 10 15 17 20 25 27 37 47 57

可以看到,该序列不仅包含以上 2 个序列中所有的元素,并且其本身也是一个升序序列。

值得一提的是,C++ STL 标准库的开发人员考虑到用户可能需要自定义排序规则,因此为 merge() 函数设计了以下 2 种语法格式:
//以默认的升序排序作为排序规则
OutputIterator merge (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
                      InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
                      OutputIterator result);
//以自定义的 comp 规则作为排序规则
OutputIterator merge (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
                      InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
                      OutputIterator result, Compare comp);
可以看到,first1、last1、first2 以及 last2 都为输入迭代器,[first1, last1) 和 [first2, last2) 各用来指定一个有序序列;result 为输出迭代器,用于为最终生成的新有序序列指定存储位置;comp 用于自定义排序规则。同时,该函数会返回一个输出迭代器,其指向的是新有序序列中最后一个元素之后的位置。

注意,当采用第一种语法格式时,[first1, last1) 和 [first2, last2) 指定区域内的元素必须支持 < 小于运算符;同样当采用第二种语法格式时,[first1, last1) 和 [first2, last2) 指定区域内的元素必须支持 comp 排序规则内的比较运算符。

举个例子:
#include <iostream>     // std::cout
#include <algorithm>    // std::merge
#include <vector>       // std::vector
using namespace std;
int main() {
    //first 和 second 数组中各存有 1 个有序序列
    int first[] = { 5,10,15,20,25 };
    int second[] = { 7,17,27,37,47,57 };
    //用于存储新的有序序列
    vector<int> myvector(11);
    //将 [first,first+5) 和 [second,second+6) 合并为 1 个有序序列,并存储到 myvector 容器中。
    merge(first, first + 5, second, second + 6, myvector.begin());
    //输出 myvector 容器中存储的元素
    for (vector<int>::iterator it = myvector.begin(); it != myvector.end(); ++it) {
        cout << *it << ' ';
    }   
    return 0;
}
程序执行结果为:

5 7 10 15 17 20 25 27 37 47 57

可以看到,first 数组和 second 数组中各存有 1 个升序序列,通过借助 merge() 函数,我们成功地将它们合并成了一个有序序列,并存储到 myvector 容器中。

注意,merge() 函数底层是通过拷贝的方式实现合并操作的。换句话说,上面程序在采用 merge() 函数实现合并操作的同时,并不会对 first 和 second 数组有任何影响。有关该函数的具体实现过程,可查看 C++ STL merge() 官网

实际上,对于 2 个有序序列是各自存储(像 first 和 second 这样)还是存储到一起,merge() 函数并不关心,只需要给它传入恰当的迭代器(或指针),该函数就可以正常工作。因此,我们还可以将上面程序改写为:
//该数组中存储有 2 个有序序列
int first[] = { 5,10,15,20,25,7,17,27,37,47,57 };
//用于存储新的有序序列
vector<int> myvector(11);
//将 [first,first+5) 和 [first+5,first+11) 合并为 1 个有序序列,并存储到 myvector 容器中。
merge(first, first + 5,  first + 5, first +11 , myvector.begin());
可以看到,2 个有序序列全部存储到了 first 数组中,但只要给 merge() 函数传入正确的指针,仍可以将它们合并为 1 个有序序列。

感兴趣的读者,可自行验证这段程序,其最终会得到和上面程序相同的 myvector 容器。

C++ inplace_merge()函数

事实上,当 2 个有序序列存储在同一个数组或容器中时,如果想将它们合并为 1 个有序序列,除了使用 merge() 函数,更推荐使用 inplace_merge() 函数。

和 merge() 函数相比,inplace_merge() 函数的语法格式要简单很多:
//默认采用升序的排序规则
void inplace_merge (BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator middle,
                    BidirectionalIterator last);
//采用自定义的 comp 排序规则
void inplace_merge (BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator middle,
                    BidirectionalIterator last, Compare comp);
其中,first、middle 和 last 都为双向迭代器,[first, middle) 和 [middle, last) 各表示一个有序序列。

和 merge() 函数一样,inplace_merge() 函数也要求 [first, middle) 和 [middle, last) 指定的这 2 个序列必须遵循相同的排序规则,且当采用第一种语法格式时,这 2 个序列中的元素必须支持 < 小于运算符;同样,当采用第二种语法格式时,这 2 个序列中的元素必须支持 comp 排序规则内部的比较运算符。不同之处在于,merge() 函数会将最终合并的有序序列存储在其它数组或容器中,而 inplace_merge() 函数则将最终合并的有序序列存储在 [first, last) 区域中。

举个例子:
#include <iostream>     // std::cout
#include <algorithm>    // std::merge
using namespace std;
int main() {
    //该数组中存储有 2 个有序序列
    int first[] = { 5,10,15,20,25,7,17,27,37,47,57 };
    //将 [first,first+5) 和 [first+5,first+11) 合并为 1 个有序序列。
    inplace_merge(first, first + 5,first +11);

    for (int i = 0; i < 11; i++) {
        cout << first[i] << " ";
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

5 7 10 15 17 20 25 27 37 47 57

可以看到,first 数组中包含 2 个升序序列,借助 inplace_merge() 函数,实现了将这 2 个序列合并为 1 个升序序列,且新序列仍存储在 first 数组中。

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