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C++ 怎么实现堆排序 C++ make_heap与sort_heap使用【STL】

冰火之心

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发布时间:2026-01-29 14:36:10

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来源于php中文网

原创

make_heap仅构建堆结构而不排序,需配合sort_heap才能完成排序;它时间复杂度O(n),但要求输入为随机访问迭代器,且必须与sort_heap使用相同比较函数。

c++ 怎么实现堆排序 c++ make_heap与sort_heap使用【stl】

make_heap 为什么不能直接当排序用

make_heap 只把容器转成最大堆(或最小堆),不保证元素有序。它只调整结构满足堆性质:每个节点值 ≥(或 ≤)其子节点,但根最大、叶子最小,并不等于“从大到小排列”。常见误用是调完 make_heap 就以为排好了,结果一打印发现顺序乱的。

典型场景:你有一段 vector v = {3,1,4,1,5};,执行 make_heap(v.begin(), v.end()); 后,v 可能变成 {5,3,4,1,1} —— 满足堆序,但不是升序/降序。

  • 默认构造最大堆(less),想最小堆得显式传 greater()
  • 时间复杂度 O(n),但只是建堆,不是排序
  • 底层依赖随机访问迭代器,list 不能用

sort_heap 必须在 make_heap 之后调用

sort_heap 的前提条件很硬:它要求输入区间**已经是合法堆**。如果直接对普通数组调 sort_heap,行为未定义,大概率崩溃或输出垃圾数据。错误现象包括:程序闪退、部分元素重复、最后几个数完全错位。

正确链条只有这一种:make_heap → (可选 push_heap/pop_heap)→ sort_heap。其中 sort_heap 是个“一次性操作”:它把堆逐个弹出最大元放到末尾,最终得到升序序列(对最大堆而言)。

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  • 对最大堆调 sort_heap 得升序;若要降序,先用 greater() 建最小堆,再调 sort_heap
  • 调用后原堆结构被破坏,不能再当堆用
  • 必须和 make_heap 用同一比较函数,否则结果不可预测

完整堆排序三步写法(含自定义比较)

标准堆排序流程就是三行 STL 调用,但每行参数必须对齐。例如按绝对值升序排:

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vector v = {-3, 2, -1, 4};
auto abs_less = [](int a, int b) { return abs(a) < abs(b); };
make_heap(v.begin(), v.end(), abs_less);
sort_heap(v.begin(), v.end(), abs_less);
// v 现在是 {-1, 2, -3, 4}(abs: 1,2,3,4)

注意点:

  • lambda 捕获为空时才能作为模板参数,所以不能带 [&][=]
  • 如果用函数对象(如 struct AbsLess { bool operator()(...) {...} };),要确保 operator() 是 const
  • sort_heap 不接受 std::execution::par 等策略,纯串行

性能与边界提醒:别在 vector 外反复调 heap 函数

STL 堆函数都假设容器内存连续且迭代器有效。vector 中间 eraseinsert 后,原有堆结构全失效,必须重调 make_heap,不能靠 push_heap 补救——因为 push_heap 只处理“最后一个元素插入后”的情况,前提是前面仍是堆。

另一个易忽略点:make_heapsort_heap 对空区间或单元素区间安全,但传入 v.end()v.end() 这种无效范围会 UB。调试时建议加 assert:

assert(first != last && "heap op on empty range");

实际项目里,如果排序是唯一目标,直接用 std::sort 更快更稳;STL 堆函数真正价值在于需要动态维护堆结构的场景,比如优先队列底层、Top-K 流式计算——这时候才轮到 push_heap/pop_heap 上场。

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