对向量进行排序而不改变原始向量的最佳方法是什么？

Question

正如标题所说，我正在寻找一种在不修改原始向量的情况下对向量进行排序的方法。 我的第一个想法当然是在排序之前创建一个向量的副本，例如：

std::vector<int> not_in_place_sort(const std::vector<int>& original)
{
   auto copy = original;
   std::sort(copy.begin(), copy.end());
   return copy;
}

但是，也许有一种更有效的方式来使用 C++ 标准算法执行排序（可能是 sort 和 transform 的组合？）

Answer 1

使用部分排序复制。这是一个例子：

vector<int> v{9,8,6,7,4,5,2,0,3,1};
vector<int> v_sorted(v.size());
partial_sort_copy(begin(v), end(v), begin(v_sorted), end(v_sorted));

现在，v 保持不变，但 v_sorted 包含 {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}。

Answer 2

这是我最喜欢的。对 index 进行排序，而不是对原始数组/向量本身进行排序。

#include <algorithm>

int main() {

    int intarray[4] = { 2, 7, 3, 4 };//Array of values
    //or you can have vector of values as below
    //std::vector<int> intvec = { 2, 7, 3, 4 };//Vector of values
    int indexofarray[4] = { 0, 1, 2, 3 };//Array indices

    std::sort(indexofarray, indexofarray + 4, [intarray](int index_left, int index_right) { return intarray[index_left] < intarray[index_right]; });//Ascending order.
    //have intvec in place of intarray for vector.


}

在此之后，indexofarray[] 元素将是 0, 2, 3, 1，而 intarray[] 保持不变。

Answer 3

按照 cmets 中的建议，按值 std::vector<int> original 传递函数参数：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

std::vector<int> not_in_place_sort(std::vector<int> original) {
    std::sort(original.begin(), original.end());
    return original;
}

int main() {
    std::vector<int> v = { 8, 6, 7, 2, 3, 4, 1, 5, 9 };
    std::vector<int> v2 = not_in_place_sort(v); // pass the vector by value
    std::cout << "v1: " << '\n';
    for (auto el : v) {
        std::cout << el << ' ';
    }
    std::cout << "\nv2: " << '\n';
    for (auto el : v2) {
        std::cout << el << ' ';
    }
}

这将对原始向量的副本进行排序，使原始向量保持不变。 正如下面所指出的，这可能会限制一些优化，例如RVO，但会在return 语句中调用vector's move constructor。

Answer 4

对于您对代理排序（对索引列表进行排序）感兴趣的情况，您可能希望实现一种更灵活的算法，允许您处理不支持随机访问的容器（例如std::list）。例如：

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <list>
#include <numeric>
#include <vector>

template <typename Container>
auto sorted_indices(const Container& c) {
  std::vector<typename Container::size_type> indices(c.size());
  std::iota(indices.begin(), indices.end(), 0);
  std::sort(indices.begin(), indices.end(), [&c](auto lhs, auto rhs) {
    return (*(std::next(c.begin(), lhs)) < *(std::next(c.begin(), rhs)));
  });
  return indices;
}

template <typename Container, typename Indices>
auto display_sorted(const Container& c, const Indices& indices) {
  std::cout << "sorted: ";
  for (auto&& index : indices) {
    std::cout << *(std::next(c.begin(), index)) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
}

template <typename Container>
auto display_sorted(const Container& c) {
  return display_sorted(c, sorted_indices(c));
}

template <typename Container>
auto display(const Container& c) {
  std::cout << "as provided: ";
  for (auto&& ci : c) std::cout << ci << " ";
  std::cout << std::endl;
}

int main() {
  // random access
  const std::vector<int> a{9, 5, 2, 3, 1, 6, 4};
  display(a);
  display_sorted(a);
  display(a);

  std::cout << "---\n";

  // no random access
  const std::list<int> b{9, 5, 2, 3, 1, 6, 4};
  display(b);
  display_sorted(b);
  display(b);
}

示例运行：

$ clang++ example.cpp -std=c++17 -Wall -Wextra
$ ./a.out
as provided: 9 5 2 3 1 6 4 
sorted: 1 2 3 4 5 6 9 
as provided: 9 5 2 3 1 6 4 
---
as provided: 9 5 2 3 1 6 4 
sorted: 1 2 3 4 5 6 9 
as provided: 9 5 2 3 1 6 4 

如您所料，依赖代理排序可能会对性能产生重要影响。例如：每次要按顺序遍历时，都可能会发生缓存未命中。另外，对于随机访问，遍历会和底层容器一样复杂：std::vector的情况下std::next(v.begin(), n)是O(1)，但std::list的情况下std::next(l.begin(), n)是O(n) .

Answer 5

对于 int 来说，排序索引或制作副本并排序副本并没有太大区别；数据仍然需要初始化，在索引的情况下，这将涉及一个循环分配值，而不是更快的 memcpy 例程；所以最终可能会变慢；此外，您将更多地在记忆中跳跃；所以现在缓存不能很好地完成它的工作。

对于较大的对象，我不会对索引进行排序，而是使用指针向量。与复制对象本身相比，指针的复制成本更低；容器仍然很明显，因为它们包含对象的指针；并且排序不会尝试引用另一个向量。

Answer 6

您可以创建另一个向量来存储索引。代码如下：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> numbers = {50,30,20,10,40};
    vector<int> indexOfNumbers;
    
    for(int i = 0; i < numbers.size(); i++)
    {
        indexOfNumbers.push_back(i); 
    }
    // Now, indexOfNumbers = [0,1,2,3,4]

    std::sort(
        indexOfNumbers.begin(), indexOfNumbers.end(), 
        [numbers](int leftIndex, int rightIndex) 
        { 
            return numbers[leftIndex] < numbers[rightIndex]; // sort in ascending order
        }
    );
    // After sorting, indexOfNumbers = [3, 2, 1, 4, 0]

    // Access the sorted elements
    cout << "Accessing the sorted elements : ";
    for(int i = 0; i < numbers.size(); i++)
    {
        cout << numbers[indexOfNumbers[i]] << " ";
    }
    // prints numbers in sorted order i.e. [10,20,30,40,50]
   return 0;
}

来源：根据 Tyrer 的回答（https://stackoverflow.com/a/47537314）稍作修改