golang sort —— 排序算法

该包实现了四种基本排序算法：插入排序、归并排序、堆排序和快速排序。 但是这四种排序方法是不公开的，它们只被用于sort包内部使用。所以在对数据集合排序时不必考虑应当选择哪一种排序方法，只要实现了sort.Interface定义的三个方法：获取数据集合长度的Len()方法、比较两个元素大小的Less()方法和交换两个元素位置的Swap()方法，就可以顺利对数据集合进行排序。sort包会根据实际数据自动选择高效的排序算法。 除此之外，为了方便对常用数据类型的操作，sort包提供了对[]int切片、[]float64切片和[]string切片完整支持，主要包括：

对基本数据类型切片的排序支持
基本数据元素查找
判断基本数据类型切片是否已经排好序
对排好序的数据集合逆序

3.1.1 数据集合排序

前面已经提到过，对数据集合（包括自定义数据类型的集合）排序需要实现sort.Interface接口的三个方法，我们看以下该接口的定义：

type Interface interface {
		// 获取数据集合元素个数
		Len() int
		// 如果i索引的数据小于j所以的数据，返回true，不会调用
		// 下面的Swap()，即数据升序排序。
		Less(i, j int) bool
		// 交换i和j索引的两个元素的位置
        Swap(i, j int)
}

数据集合实现了这三个方法后，即可调用该包的Sort()方法进行排序。 Sort()方法定义如下：

`func Sort(data Interface)`

Sort()方法惟一的参数就是待排序的数据集合。

该包还提供了一个方法可以判断数据集合是否已经排好顺序，该方法的内部实现依赖于我们自己实现的Len()和Less()方法：

func IsSorted(data Interface) bool {
    n := data.Len()
    for i := n - 1; i > 0; i-- {
        if data.Less(i, i-1) {
            return false
        }
    }
    return true
}

下面是一个使用sort包对学生成绩排序的示例：

package main

import (
	"fmt"
	"sort"
)

//学生成绩结构体
type StuScore struct {
     //姓名
    name  string
    //成绩
    score int
}

type StuScores []StuScore

//Len()
func (s StuScores) Len() int {
	return len(s)
}

//Less():成绩将有低到高排序
func (s StuScores) Less(i, j int) bool {
	return s[i].score < s[j].score
}

//Swap()
func (s StuScores) Swap(i, j int) {
	s[i], s[j] = s[j], s[i]
}

func main() {
    stus := StuScores{
                {"alan", 95},
                {"hikerell", 91},
                {"acmfly", 96},
                {"leao", 90}}

    fmt.Println("Default:")
    //原始顺序
    for _, v := range stus {
        fmt.Println(v.name, ":", v.score)
    }
    fmt.Println()
    //StuScores已经实现了sort.Interface接口
    sort.Sort(stus)

    fmt.Println("Sorted:")
     //排好序后的结构
    for _, v := range stus {
        fmt.Println(v.name, ":", v.score)
    }

    //判断是否已经排好顺序，将会打印true
    fmt.Println("IS Sorted?", sort.IsSorted(stus))
}

程序该示例程序的自定义类型StuScores实现了sort.Interface接口，所以可以将其对象作为sort.Sort()和sort.IsSorted()的参数传入。运行结果：

======Default======
alan : 95
hikerell : 91
acmfly : 96
leao : 90

======Sorted=======
leao : 90
hikerell : 91
alan : 95
acmfly : 96
IS Sorted? true

该示例实现的是升序排序，如果要得到降序排序结果，其实只要修改Less()函数：

//Less():成绩降序排序,只将小于号修改为大于号
func (s StuScores) Less(i, j int) bool {
	return s[i].score > s[j].score
}

此外，sort包提供了Reverse()方法，可以允许将数据按Less()定义的排序方式逆序排序，而不必修改Less()代码。方法定义如下：

func Reverse(data Interface) Interface

我们可以看到Reverse()返回的一个sort.Interface接口类型，整个Reverse()的内部实现比较有趣：

    //定义了一个reverse结构类型，嵌入Interface接口
    type reverse struct {
        Interface
    }

    //reverse结构类型的Less()方法拥有嵌入的Less()方法相反的行为
    //Len()和Swap()方法则会保持嵌入类型的方法行为
    func (r reverse) Less(i, j int) bool {
        return r.Interface.Less(j, i)
    }

    //返回新的实现Interface接口的数据类型
    func Reverse(data Interface) Interface {
        return &reverse{data}
    }

了解内部原理后，可以在学生成绩排序示例中使用Reverse()来实现成绩升序排序：

    sort.Sort(sort.Reverse(stus))
     for _, v := range stus {
        fmt.Println(v.name, ":", v.score)
    }

最后一个方法：Search()

func Search(n int, f func(int) bool) int

官方文档这样描述该方法：

Search()方法回使用“二分查找”算法来搜索某指定切片[0:n]，并返回能够使f(i)=true的最 小的i（0<=i<n）值，并且会假定，如果f(i)=true，则f(i+1)=true，即对于切片[0:n]，
i之前的切片元素会使f()函数返回false，i及i之后的元素会使f()函数返回true。但是，当 在切片中无法找到时f(i)=true的i时（此时切片元素都不能使f()函数返回true），Search() 方法会返回n。

Search()函数一个常用的使用方式是搜索元素x是否在已经升序排好的切片s中：

    x := 11
    s := []int{3, 6, 8, 11, 45} //注意已经升序排序
    pos := sort.Search(len(s), func(i int) bool { return s[i] >= x })
    if pos < len(s) && s[pos] == x {
        fmt.Println(x, "在s中的位置为：", pos)
    } else {
        fmt.Println("s不包含元素", x)
    }

官方文档还给出了一个猜数字的小程序：

func GuessingGame() {
	var s string
	fmt.Printf("Pick an integer from 0 to 100.\n")
	answer := sort.Search(100, func(i int) bool {
		fmt.Printf("Is your number <= %d? ", i)
		fmt.Scanf("%s", &s)
		return s != "" && s[0] == 'y'
	})
	fmt.Printf("Your number is %d.\n", answer)
}

3.1.2 sort包已经支持的内部数据类型排序

前面已经提到，sort包原生支持[]int、[]float64和[]string三种内建数据类型切片的排序操作，即不必我们自己实现相关的Len()、Less()和Swap()方法。

1. IntSlice类型及[]int排序

由于[]int切片排序内部实现及使用方法与[]float64和[]string类似，所以只详细描述该部分。

sort包定义了一个IntSlice类型，并且实现了sort.Interface接口：

    type IntSlice []int
    func (p IntSlice) Len() int           { return len(p) }
    func (p IntSlice) Less(i, j int) bool { return p[i] < p[j] }
    func (p IntSlice) Swap(i, j int)      { p[i], p[j] = p[j], p[i] }
    //IntSlice类型定义了Sort()方法，包装了sort.Sort()函数
    func (p IntSlice) Sort() { Sort(p) }
    //IntSlice类型定义了SearchInts()方法，包装了SearchInts()函数
    func (p IntSlice) Search(x int) int { return SearchInts(p, x) }

并且提供的sort.Ints()方法使用了该IntSlice类型：

`func Ints(a []int) { Sort(IntSlice(a)) }`

所以，对[]int切片排序是更常使用sort.Ints()，而不是直接使用IntSlice类型：

    s := []int{5, 2, 6, 3, 1, 4} // 未排序的切片数据
    sort.Ints(s)
    fmt.Println(s) //将会输出[1 2 3 4 5 6]

如果要使用降序排序，显然要用前面提到的Reverse()方法：

    s := []int{5, 2, 6, 3, 1, 4} // 未排序的切片数据
    sort.Sort(sort.Reverse(sort.IntSlice(s)))
    fmt.Println(s) //将会输出[6 5 4 3 2 1]

如果要查找整数x在切片a中的位置，相对于前面提到的Search()方法，sort包提供了SearchInts():

`func SearchInts(a []int, x int) int`

注意，SearchInts()的使用条件为：切片a已经升序排序

    s := []int{5, 2, 6, 3, 1, 4} // 未排序的切片数据
    sort.Ints(s) //排序后的s为[1 2 3 4 5 6]
    fmt.Println(sort.SearchInts(s, 3)) //将会输出2

1. Float64Slice类型及[]float64排序

实现与Ints类似，只看一下其内部实现：

    type Float64Slice []float64

    func (p Float64Slice) Len() int           { return len(p) }
    func (p Float64Slice) Less(i, j int) bool { return p[i] < p[j] || isNaN(p[i]) && !isNaN(p[j]) }
    func (p Float64Slice) Swap(i, j int)      { p[i], p[j] = p[j], p[i] }
    func (p Float64Slice) Sort() { Sort(p) }
    func (p Float64Slice) Search(x float64) int { return SearchFloat64s(p, x) }

与Sort()、IsSorted()、Search()相对应的三个方法：

    func Float64s(a []float64)
    func Float64sAreSorted(a []float64) bool
    func SearchFloat64s(a []float64, x float64) int

要说明一下的是，在上面Float64Slice类型定义的Less方法中，有一个内部函数isNaN()。 isNaN()与math包中IsNaN()实现完全相同，sort包之所以不使用math.IsNaN()，完全是基于包依赖性的考虑，应当看到，sort包的实现不依赖与其他任何包。

1. StringSlice类型及[]string排序

两个string对象之间的大小比较是基于“字典序”的。

实现与Ints类似，只看一下其内部实现：

    type StringSlice []string

    func (p StringSlice) Len() int           { return len(p) }
    func (p StringSlice) Less(i, j int) bool { return p[i] < p[j] }
    func (p StringSlice) Swap(i, j int)      { p[i], p[j] = p[j], p[i] }
    func (p StringSlice) Sort() { Sort(p) }
    func (p StringSlice) Search(x string) int { return SearchStrings(p, x) }

与Sort()、IsSorted()、Search()相对应的三个方法：

    func Strings(a []string)
    func StringsAreSorted(a []string) bool
    func SearchStrings(a []string, x string) int