堆排序C++实现

堆的特性是父节点的值总是大于（大根堆）或者总是小于（小根堆）其子节点的值。堆的应用场景就是，优先级队列。

大根堆

利用堆进行排序步骤

• heap_sort.hpp

#ifndef HEAP_SORT_HPP
#define HEAP_SORT_HPP
#include 
namespace base
{
struct heap_sort
{

private:
    /*!
     *  这个一个从底向上的一个过程，逐步的完成。
     */
    template
    void construct_heap(Ite b, Ite e)
    {
        //由子节点的current_index 获取父节点的parent_index:
        //计算公式 parent_index = (current_index-1)/2
        auto get_parent_index =[](int current_index){
            return static_cast((current_index-1)/2);};

        for(int i = 0; i < (e-b); ++i)
        {
            auto current_index = i; //当前节点
            auto parent_index = get_parent_index(current_index); //父节点

            while(*(b+current_index) > *(b+parent_index)) //当前节点的值大于父节点
            {
                //交换父子节点的值
                std::swap(*(b+current_index), *(b+parent_index));
                //将父节点的索引当作当前节点索引
                current_index = parent_index;
                //再次计算父节点的索引
                parent_index = get_parent_index(current_index);
            }
        }
    }


    /*!
     *这是一个从顶向下的过程，关键点是终止条件和选择子结点中最大的值，避免思考复杂度
     */
    template
    void heapify(Ite b, Ite e)
    {
        //由父节点的parent_index 获取子节点的index:
        //计算公式 left_child_index = 2 * parent_index+1
        //计算公式 right_child_index = 2 * parent_index+2
        auto get_left_child_index = [](int parent_index){return 2 * parent_index + 1;};
        auto get_right_child_index = [](int parent_index){return 2 * parent_index + 2;};

        int max_size = e - b;

        auto current_index = 0;
        auto left_child_index = get_left_child_index(current_index);
        auto right_child_index = get_right_child_index(current_index);

        while(left_child_index < max_size)
        {
            int max_child_index;

            //获取左右节点之中最大的节点的索引
            if(right_child_index < max_size &&
                    (*(b + left_child_index) < *(b+right_child_index)))
                max_child_index = right_child_index;
            else
                max_child_index = left_child_index;

            //终止条件,当前的值大于两个子节点的值
            if(*(b+current_index) > *(b+max_child_index))
            {
                break;
            }

            //交换值
            std::swap(*(b+current_index), *(b+max_child_index));

            //再次下探，求索。
            current_index = max_child_index;
            left_child_index = get_left_child_index(current_index);
            right_child_index = get_right_child_index(current_index);
        }


    }

public:

    template
    void operator()(C_& c)
    {
        //传进来的集合是空的
        if(std::begin(c) == std::end(c))
            return;

        //1 构造成堆结构
        construct_heap(std::begin(c), std::end(c));

        auto b = std::begin(c);
        auto e = std::end(c);

        while(b != e)
        {
            //2 将堆的首尾交换,保留最右边的值不在参与重建堆
            std::swap(*b, *(e-1));
            --e; //3 缩小重建堆的范围
            heapify(b,e); //4 重建堆 -> 2
        }
    }

};
}
#endif // HEAP_SORT_HPP

测试的结果：

#include 
#include 
#include "heap_sort.hpp"
#include "basic_alg.h"
#include "executer.hpp"
using namespace std;

int main()
{
    std::vector v{1,9,7,4,3,5,8,6,2};
    base::print_msg("Before sort: ", v);

    base::executor::exe(v);
    base::print_msg("After sort: ", v);
    return 0;
}

测试结果