Недавно я написал небольшой класс, который использует алгоритм Бозе-Нельсона для генерации сети сортировки во время компиляции.
С его помощью можно создать очень быструю сортировку по 10 числам.
/**
* A Functor class to create a sort for fixed sized arrays/containers with a
* compile time generated Bose-Nelson sorting network.
* \tparam NumElements The number of elements in the array or container to sort.
* \tparam T The element type.
* \tparam Compare A comparator functor class that returns true if lhs < rhs.
*/
template <unsigned NumElements, class Compare = void> class StaticSort
{
template <class A, class C> struct Swap
{
template <class T> inline void s(T &v0, T &v1)
{
T t = Compare()(v0, v1) ? v0 : v1; // Min
v1 = Compare()(v0, v1) ? v1 : v0; // Max
v0 = t;
}
inline Swap(A &a, const int &i0, const int &i1) { s(a[i0], a[i1]); }
};
template <class A> struct Swap <A, void>
{
template <class T> inline void s(T &v0, T &v1)
{
// Explicitly code out the Min and Max to nudge the compiler
// to generate branchless code.
T t = v0 < v1 ? v0 : v1; // Min
v1 = v0 < v1 ? v1 : v0; // Max
v0 = t;
}
inline Swap(A &a, const int &i0, const int &i1) { s(a[i0], a[i1]); }
};
template <class A, class C, int I, int J, int X, int Y> struct PB
{
inline PB(A &a)
{
enum { L = X >> 1, M = (X & 1 ? Y : Y + 1) >> 1, IAddL = I + L, XSubL = X - L };
PB<A, C, I, J, L, M> p0(a);
PB<A, C, IAddL, J + M, XSubL, Y - M> p1(a);
PB<A, C, IAddL, J, XSubL, M> p2(a);
}
};
template <class A, class C, int I, int J> struct PB <A, C, I, J, 1, 1>
{
inline PB(A &a) { Swap<A, C> s(a, I - 1, J - 1); }
};
template <class A, class C, int I, int J> struct PB <A, C, I, J, 1, 2>
{
inline PB(A &a) { Swap<A, C> s0(a, I - 1, J); Swap<A, C> s1(a, I - 1, J - 1); }
};
template <class A, class C, int I, int J> struct PB <A, C, I, J, 2, 1>
{
inline PB(A &a) { Swap<A, C> s0(a, I - 1, J - 1); Swap<A, C> s1(a, I, J - 1); }
};
template <class A, class C, int I, int M, bool Stop = false> struct PS
{
inline PS(A &a)
{
enum { L = M >> 1, IAddL = I + L, MSubL = M - L};
PS<A, C, I, L, (L <= 1)> ps0(a);
PS<A, C, IAddL, MSubL, (MSubL <= 1)> ps1(a);
PB<A, C, I, IAddL, L, MSubL> pb(a);
}
};
template <class A, class C, int I, int M> struct PS <A, C, I, M, true>
{
inline PS(A &a) {}
};
public:
/**
* Sorts the array/container arr.
* \param arr The array/container to be sorted.
*/
template <class Container> inline void operator() (Container &arr) const
{
PS<Container, Compare, 1, NumElements, (NumElements <= 1)> ps(arr);
};
/**
* Sorts the array arr.
* \param arr The array to be sorted.
*/
template <class T> inline void operator() (T *arr) const
{
PS<T*, Compare, 1, NumElements, (NumElements <= 1)> ps(arr);
};
};
#include <iostream>
#include <vector>
int main(int argc, const char * argv[])
{
enum { NumValues = 10 };
// Arrays
{
int rands[NumValues];
for (int i = 0; i < NumValues; ++i) rands[i] = rand() % 100;
std::cout << "Before Sort: \t";
for (int i = 0; i < NumValues; ++i) std::cout << rands[i] << " ";
std::cout << "\n";
StaticSort<NumValues> staticSort;
staticSort(rands);
std::cout << "After Sort: \t";
for (int i = 0; i < NumValues; ++i) std::cout << rands[i] << " ";
std::cout << "\n";
}
std::cout << "\n";
// STL Vector
{
std::vector<int> rands(NumValues);
for (int i = 0; i < NumValues; ++i) rands[i] = rand() % 100;
std::cout << "Before Sort: \t";
for (int i = 0; i < NumValues; ++i) std::cout << rands[i] << " ";
std::cout << "\n";
StaticSort<NumValues> staticSort;
staticSort(rands);
std::cout << "After Sort: \t";
for (int i = 0; i < NumValues; ++i) std::cout << rands[i] << " ";
std::cout << "\n";
}
return 0;
}
Обратите внимание, что вместо if (compare) swapутверждения мы явно кодируем троичные операторы для min и max. Это поможет подтолкнуть компилятор к использованию кода без ветвей.
Ориентиры
Следующие тесты скомпилированы с помощью clang -O3 и запущены на моем MacBook Air в середине 2012 года.
Сортировка случайных данных
Сравнивая его с кодом DarioP, вот количество миллисекунд, потраченных на сортировку 1 миллиона 32-битных массивов int размером 10:
Сортировка в жестком коде Net 10: закодированная 88,774 мс Шаблонная сортировка
Бозе-Нельсона 10: 27,815 мс
Используя этот шаблонный подход, мы также можем генерировать сети сортировки по времени компиляции для другого числа элементов.
Время (в миллисекундах) сортировать 1 миллион массивов разных размеров.
Количество миллисекунд для массивов размером 2, 4, 8 составляет 1,943, 8,655 и 20,246 соответственно.
Кредиты для Гленну Тейтельбауму для развернутого рода вставок.
Вот средние часы на сортировку для маленьких массивов из 6 элементов. Код теста и примеры можно найти по этому вопросу:
Самый быстрый вид массива с фиксированной длиной 6 int
Direct call to qsort library function : 326.81
Naive implementation (insertion sort) : 132.98
Insertion Sort (Daniel Stutzbach) : 104.04
Insertion Sort Unrolled : 99.64
Insertion Sort Unrolled (Glenn Teitelbaum) : 81.55
Rank Order : 44.01
Rank Order with registers : 42.40
Sorting Networks (Daniel Stutzbach) : 88.06
Sorting Networks (Paul R) : 31.64
Sorting Networks 12 with Fast Swap : 29.68
Sorting Networks 12 reordered Swap : 28.61
Reordered Sorting Network w/ fast swap : 24.63
Templated Sorting Network (this class) : 25.37
Он работает так же быстро, как самый быстрый пример в вопросе для 6 элементов.
Производительность по сортировке отсортированных данных
Часто входные массивы могут быть уже отсортированы или в основном отсортированы.
В таких случаях вставка сортировки может быть лучшим выбором.
Вы можете выбрать подходящий алгоритм сортировки в зависимости от данных.
Код, используемый для тестов, можно найти здесь .
ifоператоров должен работать лучше всего. Избегайте петель.