C++ STL中的sort() vs. partial_sort() vs. nth_element() + sort()

STL（标准模板库）是C++中非常强大的工具集合，其中包含了各种有用的算法和容器。在STL中，sort()、partial_sort()和nth_element()+sort()是三种常用的排序算法。本文将介绍这三种算法的用法和特点。

sort()

sort()是STL中最常用的排序算法之一，用于对容器中的元素进行排序。其函数原型为：

template <class RandomAccessIterator>
void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

• first：容器中起始位置的迭代器
• last：容器中结束位置的迭代器

sort()算法使用的是快速排序（quicksort）算法，其时间复杂度平均为 O(nlogn)。它可以对容器中的所有元素进行排序，将它们按照默认的升序排列。

示例代码：

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

int main() {
  std::vector<int> numbers = {3, 2, 1, 5, 4};

  std::sort(numbers.begin(), numbers.end());

  for (const auto& num : numbers) {
    std::cout << num << " ";
  }

  return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5

partial_sort()

partial_sort()函数也用于对容器中的元素进行排序，但它仅对部分元素排序。其函数原型为：

template <class RandomAccessIterator>
void partial_sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator middle,
                  RandomAccessIterator last);

• first：容器中起始位置的迭代器
• middle：容器中排序后中间位置之后的迭代器
• last：容器中结束位置的迭代器

这个函数将容器中的前 {middle - first} 个元素通过堆排序（heap sort）算法排序，保证前 {middle - first} 个元素是最小的元素。而 {middle - last} 个元素在容器中的位置是不确定的。

示例代码：

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

int main() {
  std::vector<int> numbers = {3, 2, 1, 5, 4};

  std::partial_sort(numbers.begin(), numbers.begin() + 3, numbers.end());

  for (const auto& num : numbers) {
    std::cout << num << " ";
  }

  return 0;
}

输出结果：

1 2 3 5 4

nth_element() + sort()

nth_element()函数用于寻找容器中第 n 小（或大）的元素，并将其放在正确的位置上，而不对其它元素进行排序。我们还可以结合sort()函数使用，将第 n 小（或大）的元素之后的元素排序。nth_element()函数的函数原型为：

template <class RandomAccessIterator>
void nth_element(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator nth,
                 RandomAccessIterator last);

• first：容器中起始位置的迭代器
• nth：容器中第 n 小（或大）元素的迭代器
• last：容器中结束位置的迭代器

示例代码：

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

int main() {
  std::vector<int> numbers = {3, 2, 1, 5, 4};

  std::nth_element(numbers.begin(), numbers.begin() + 2, numbers.end());
  std::sort(numbers.begin() + 2, numbers.end());

  for (const auto& num : numbers) {
    std::cout << num << " ";
  }

  return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5

在上述示例中，我们使用nth_element()将第3小的元素（值为3）放置在正确的位置上，然后使用sort()对其之后的元素进行排序。

以上就是sort()、partial_sort()和nth_element()+sort()三种排序算法的介绍。在实际的编程任务中，根据具体的需求来选择合适的算法可以提高程序的性能和效率。