C++几种常见排序算法性能测试并附上相关代码

C++中有多种常见的排序算法，如冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序和堆排序等。它们各有优缺点，适用于不同的场景。下面是简短的描述及部分示例代码：

1. **冒泡排序**：
- 性能较差，时间复杂度为O(n^2)。

   void bubble_sort(int arr[], int n) {
       for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {
           for (int j = 0; j < n - i - 1; ++j) {
               if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                   std::swap(arr[j], arr[j + 1]);
               }
           }
       }
   }

2. **选择排序**：
- 相同的时间复杂度O(n^2)，不适合大型数据集。

   void selection_sort(int arr[], int n) {
       for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {
           int min_idx = i;
           for (int j = i + 1; j < n; ++j) {
               if (arr[j] < arr[min_idx]) {
                   min_idx = j;
               }
           }
           std::swap(arr[i], arr[min_idx]);
       }
   }

3. **插入排序**：
- 对于小规模数据和基本有序的数据，效率较高，平均时间复杂度O(n^2)。

   void insertion_sort(int arr[], int n) {
       for (int i = 1; i < n; ++i) {
           int key = arr[i];
           int j = i - 1;
           while (j >= 0 && arr[j] > key) {
               arr[j + 1] = arr[j];
               j -= 1;
           }
           arr[j + 1] = key;
       }
   }

4. **快速排序**：
- 平均时间复杂度O(n log n)，是一种高效的通用排序算法。

   void quick_sort(int arr[], int low, int high) {
       if (low < high) {
           int pi = partition(arr, low, high);
           quick_sort(arr, low, pi - 1);
           quick_sort(arr, pi + 1, high);
       }
   }

   // 冒泡分区
   int partition(int arr[], int low, int high) {
       int pivot = arr[high]; 
       int i = (low - 1); 
       for (int j = low; j <= high - 1; j++) {
           if (arr[j] < pivot) {
               i++; 
               std::swap(arr[i], arr[j]);
           }
       }
       std::swap(arr[i + 1], arr[high]);
       return (i + 1);
   }

5. **归并排序**：
- 时间复杂度稳定在O(n log n)，适合大数据处理。

   void merge_sort(int arr[], int l, int r) {
       if (l < r) {
           int m = l+(r-l)/2;
           merge_sort(arr, l, m);
           merge_sort(arr, m+1, r);
           merge(arr, l, m, r);
       }
   }

   void merge(int arr[], int l, int m, int r) {
       int n1 = m - l + 1;
       int n2 = r - m;

       int L[n1], R[n2];

       for (int i = 0; i < n1; i++)
           L[i] = arr[l + i];
       for (int j = 0; j < n2; j++)
           R[j] = arr[m + 1+ j];

       int i = 0, j = 0, k = l;
       while (i < n1 && j < n2) {
           if (L[i] <= R[j]) {
               arr[k] = L[i];
               i++;
           } else {
               arr[k] = R[j];
               j++;
           }
           k++;
       }

       while (i < n1) {
           arr[k] = L[i];
           i++;
           k++;
       }

       while (j < n2) {
           arr[k] = R[j];
           j++;
           k++;
       }
   }

6. **堆排序**：
- 时间复杂度O(n log n)，适合需要原地排序的情况。

   void heapify(int arr[], int n, int i) {
       int largest = i; 
       int left = 2 * i + 1; 
       int right = 2 * i + 2; 

       if (left < n && arr[left] > arr[largest])
           largest = left; 

       if (right < n && arr[right] > arr[largest])
           largest = right; 

       if (largest != i) { 
           std::swap(arr[i], arr[largest]); 
           heapify(arr, n, largest); 
       }
   }

   void heapSort(int arr[], int n) {
       for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--)
           heapify(arr, n, i);

       for (int i=n-1; i>=0; i--) {
           std::swap(arr[0], arr[i]);
           heapify(arr, i, 0);
       }
   }

注意：这些只是排序算法的基本版本，实际应用中可能会有额外的优化。在评估性能时，通常会考虑数据规模、是否稳定、空间需求等因素，并通过基准测试工具（如`std::sort`或其他第三方库）来对比各算法的实际运行速度。