Warum wurde „std::list::sort()' auf einen Top-Down-Merge-Sortier-Ansatz umgestellt?

STL: std::list::sort() neu gedacht

Traditionell implementierte std::list::sort() einen Bottom-Up-Merge-Sort-Algorithmus mit Hinweise. Ab Visual Studio 2015 wurde die Standardbibliothek jedoch auf eine Top-Down-Merge-Sortier-Strategie umgestellt. Trotz der anfänglichen Wahrnehmung von Ineffizienz aufgrund wiederholter sequenzieller Scans auf jeder Rekursionsebene offenbart eine genauere Untersuchung des Codes eine andere Geschichte.

Der Top-Down-Ansatz und seine Vorteile

Stattdessen Beim Scannen der Liste, um sie zu teilen, wird beim Top-Down-Ansatz die Ganzzahlgröße rekursiv durch 2 geteilt, was eine schnellere Zusammenführung durch die Reduzierung der Anzahl der Elementvergleiche ermöglicht. Darüber hinaus mag die anfängliche Verwendung von std::next zur Ermittlung des Mittelpunkts ineffizient erscheinen, nutzt jedoch die Eigenschaften der Liste, um die Liste effizient in zwei Hälften zu teilen.

Die Änderung zur Verwendung von Iteratoren vermeidet die Speicherzuweisung und stellt sicher Ausnahme Sicherheit. Wenn eine Vergleichsfunktion eine Ausnahme auslöst, bleibt die Liste geordnet, ohne dass Daten verloren gehen. Die Verwendung von std::list::splice in der Zusammenführungslogik ermöglicht eine effiziente Bewegung von Knoten innerhalb der ursprünglichen Liste und verbessert so deren Stabilität und Ausnahmebehandlung weiter.

Leistungsüberlegungen

Im Gegensatz zu initial Annahmen: Die Top-Down-Merge-Sortierung in std::list::sort() übertrifft in bestimmten Szenarien oft die Bottom-Up-Merge-Sortierung. Bei Listen mit verstreuten Knoten oder wenn der Speicher begrenzt ist, weist die Zusammenführungssortierung von oben nach unten ein besseres Cache-Verhalten auf, was zu einer schnelleren Ausführung führt. Wenn jedoch genügend Speicher vorhanden ist, ist es im Allgemeinen effizienter, die Liste in ein Array oder einen Vektor zu verschieben und in diesem Format zu sortieren.

Alternative Bottom-Up-Merge-Sortierung mit Iteratoren

Trotz der Effizienz von Während des Top-Down-Ansatzes haben einige versucht, die Bottom-Up-Merge-Sortierung so zu modifizieren, dass sie mit Iteratoren funktioniert, wodurch die Notwendigkeit eines Arrays von Listen entfällt. Dieser Ansatz verwendet eine Reihe von Iteratoren, um sortierte Laufgrenzen zu verfolgen, und verwendet std::list::splice zum Zusammenführen, wodurch ähnliche Ergebnisse wie beim Top-Down-Ansatz erzielt werden.

Fazit

Der Wechsel zu Eine Top-Down-Merge-Sortierung in std::list::sort() war keine übereilte Entscheidung, sondern eine sorgfältig durchdachte Optimierung, die zu erheblichen Leistungs- und Stabilitätsverbesserungen führte. Auch wenn der Top-Down-Ansatz nicht immer ideal ist, hat er sich in bestimmten Szenarien bewährt und bietet einen schnelleren und zuverlässigeren Sortieralgorithmus.

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