C/C++实现：三路快速排序算法详解

"C/C++实现三路快速排序算法原理及代码示例" 三路快速排序是一种高效的排序算法，尤其在处理包含大量重复元素的数组时表现优越。它是在经典快速排序的基础上进行了改进，解决了传统快速排序在处理重复元素时可能产生的不平衡问题。以下是三路快速排序的详细解释和步骤： 1. **选择分割数**：首先，通过随机选择一个数组中的元素作为分割数`v`，并将其放置在数组的第一个位置。这有助于防止在数组大致有序时导致的效率降低。 2. **初始化索引**：设置三个索引`lt`（小于`v`的元素索引），`i`（当前处理的元素索引），`gt`（大于`v`的元素索引），以及数组的起始索引`l`和结束索引`r`。 3. **遍历数组**：遍历数组，根据元素与`v`的关系进行操作： - 如果`arr[i] < v`，将`arr[i]`与`arr[lt+1]`交换，然后将`i`和`lt`索引各加1，使得小于`v`的元素逐步向左移动。 - 如果`arr[i] = v`，不交换元素，但将`i`索引加1，继续处理下一个元素。 - 如果`arr[i] > v`，将`arr[i]`与`arr[gt-1]`交换，然后只将`gt`索引减1，保持`i`不变，因为交换过来的元素可能大于或等于`v`，需要后续检查。 4. **结束条件**：当`gt`与`i`重合时，所有元素都已被分类，遍历结束。 5. **整理结果**：最后，为了确保分割数`v`位于正确的位置，将`arr[l]`与`arr[lt]`交换，完成一次分区操作。 6. **递归排序**：对小于`v`的子数组（索引`l`到`lt-1`）和大于`v`的子数组（索引`gt+1`到`r`）分别进行三路快速排序，直到所有子数组长度为1或0，递归结束。 以下是一个C++实现三路快速排序的代码片段： ```cpp #include <iostream> #include <cstdlib> template<typename T> void __QuickSort3way(T* arr, int l, int r) { // ... (已给出的部分代码) } // 使用三路快速排序函数 template<typename T> void QuickSort3way(T* arr, int size) { __QuickSort3way(arr, 0, size - 1); } ``` 这个模板函数`QuickSort3way`接收一个类型为`T`的指针数组和数组的大小，调用私有辅助函数`__QuickSort3way`进行递归排序。注意，实际使用时，还需要处理边界情况和递归的终止条件。 三路快速排序的时间复杂度在平均情况下为O(n log n)，最坏情况下为O(n^2)，但这种情况相对罕见，通常在有大量重复元素的数组中性能优于标准快速排序。由于它减少了交换操作，对于大型数据集，它通常比传统的快速排序更高效。