不同语言如何在标准库中实现排序？

Question

从我的（简要）读到，Java和Python看起来都像是在他们的标准库中使用了timsort，而C的stdlib中的排序方法叫做qsort，因为它曾经是快速排序。

现在标准库中的典型语言实现了什么算法，为什么选择该算法？另外，C是否偏离了快速排序？

我知道这个问题缺乏“我面临的实际问题”，并且可能看起来对某些人来说是开放性的，但是知道如何/为什么某些算法被选为标准似乎非常有用但相对没有被捕获。我也觉得，如果一个深入的答案解决特定于语言（数据类型？）和机器特定（缓存命中？）的问题，将提供更多洞察不同语言和算法的工作方式，而不是单一的解释。

Answer 1

C没有具体说明qsort使用的算法。

当前glibc（2.17）qsort分配内存（如果需要的内存非常小，则使用malloc或alloca）并使用合并排序算法。如果内存要求过高或malloc失败，则使用快速排序算法。

Answer 2

在musl中，我们使用Smooth Sort。从概念上讲，它是堆排序的变体（同样是就地和O（n log n）时间），但它具有良好的属性，即最坏情况的性能接近O（n）已经排序或接近排序的输入。我不相信它是最好的选择，但是使用O（n log n）最坏情况的就地算法似乎很难做得更好。

作为一个鲜为人知的Dijkstra发明也让它变得很酷。 ： - ）

Answer 3

我的机器的C库提供qsort，heapsort和mergesort，在man page中说：

  

qsort() 和 qsort_r() 函数是C.A.R的实现。 Hoare的“快速排序”算法，分区交换排序的一种变体;尤其见D.E.        Knuth的算法Q 。 Quicksort的平均时间为 O（n lg n）。此实现使用中值选择来避免其 O（n ² ）最坏情况行为。

     

heapsort() 函数是J.W.J.的实现。 William的“heapsort”算法，一种选择排序的变体;尤其见D.E. Knuth的算法H 。        Heapsort采用 O（n lg n）最坏情况时间。它比 qsort() 的唯一优势是它几乎不使用额外的内存;虽然 qsort() 不分配内存，但确实如此        使用递归实现。

     

函数 mergesort() 需要额外的内存 nel * width 字节;只有当空间不是很重要时才应该使用它。 mergesort() 功能针对具有预先存在订单的数据进行了优化;最坏的情况是 O（n lg n）;最好的情况是 O（n）。

     

通常情况下， qsort() 比 mergesort() 更快，比 heapsort() 更快。内存可用性和数据中预先存在的顺序可能会导致这种情况不真实。

如果您想查看实施的具体细节，可以查看大量的开源C库。

至于'为什么系统X选择算法Y'，这是一个非常难以回答的问题 - 如果你没有足够的幸运在文档中找到理由，你必须直接向设计师询问。

Answer 4

我在C11标准中对qsort()进行了快速扫描，但我找不到有关如何实施qsort()的任何参考资料 以及算法的预期时间/空间复杂度。所有它必须说的是关于比较器的某些条件 功能。

这意味着实现可以选择适合qsort（）的任何基于比较器的算法。例如，实现可以选择使用诸如 bubble sort 之类的天真算法来实现qsort（），这不如真正的 quick sort 。底线是决定实际算法的实现。