分类 技术志 下的文章

一文搞懂Go语言中的切片排序

img{512x368}

本文首发于“Gopher部落”知识星球

切片是Go语言中引入的用于在大多数场合替代数组的语法元素。切片是长度可变的同类型元素序列,它不支持存储不同类型的元素,当然如果你非用sl := []interface{}{“hello”, 11, 3.14}来抬杠^_^,那就另当别论。

有序列的地方就有排序的需求。在各种排序算法都已经成熟的今天,我们完全可以针对特定元素类型的切片手写排序函数/方法,但多数情况下不推荐这么做,因为Go标准库内置了sort包可以很好地帮助我们实现原生类型元素切片以及自定义类型元素切片的排序任务。

1. sort包的排序原理

截至目前(Go 1.15版本),Go还不支持泛型。因此,为了支持任意元素类型的切片的排序,标准库sort包定义了一个Interface接口和一个接受该接口类型参数的Sort函数:

// $GOROOT/src/sort/sort.go
type Interface interface {
    Len() int
    Less(i, j int) bool
    Swap(i, j int)
}

func Sort(data Interface) {
        n := data.Len()
        quickSort(data, 0, n, maxDepth(n))
}

为了应用这个排序函数Sort,我们需要让被排序的切片类型实现sort.Interface接口,以整型切片为例:

// slice-sort-in-go/sort_int_slice.go
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] }

func main() {
    sl := IntSlice([]int{89, 14, 8, 9, 17, 56, 95, 3})
    fmt.Println(sl) // [89 14 8 9 17 56 95 3]
    sort.Sort(sl)
    fmt.Println(sl) // [3 8 9 14 17 56 89 95]
}

从sort.Sort函数的实现来看,它使用的是快速排序(quickSort)。我们知道快速排序是在所有数量级为(o(nlogn))的排序算法中其平均性能最好的算法,但在某些情况下其性能却并非最佳,Go sort包中的quickSort函数也没有严格拘泥于仅使用快排算法,而是以快速排序为主,并根据目标状况在特殊条件下选择了其他不同的排序算法,包括堆排序(heapSort)、插入排序(insertionSort)等。

sort.Sort函数不保证排序是稳定的,要想使用稳定排序,需要使用sort.Stable函数。

注:稳定排序:假定在待排序的序列中存在多个具有相同值的元素,若经过排序,这些元素的相对次序保持不变,即在原序列中,若r[i]=r[j]且r[i]在r[j]之前,在排序后的序列中,若r[i]仍在r[j]之前,则称这种排序算法是稳定的(stable);否则称为不稳定的。

2. sort包的“语法糖”排序函数

我们看到,直接使用sort.Sort函数对切片进行排序是比较繁琐的。如果仅仅排序一个原生的整型切片都这么繁琐(要实现三个方法),那么sort包是会被“诟病”惨了的。还好,对于以常见原生类型为元素的切片,sort包提供了类“语法糖”的简化函数,比如:sort.Ints、sort.Float64s和sort.Strings等。上述整型切片的排序代码可以直接改造成下面这个样子:

// slice-sort-in-go/sort_int_slice_with_sugar.go

func main() {
    sl := []int{89, 14, 8, 9, 17, 56, 95, 3}
    fmt.Println(sl) // [89 14 8 9 17 56 95 3]
    sort.Ints(sl)
    fmt.Println(sl) // [3 8 9 14 17 56 89 95]
}

原生类型有“语法糖”可用了,那么对于自定义类型作为元素的切片,是不是每次都得实现Interface接口的三个方法呢?Go团队也想到了这个问题! 所以在Go 1.8版本中加入了sort.Slice函数,我们只需传入一个比较函数实现即可:

// slice-sort-in-go/custom-type-slice-sort-in-go.go

type Lang struct {
    Name string
    Rank int
}

func main() {
    langs := []Lang{
        {"rust", 2},
        {"go", 1},
        {"swift", 3},
    }
    sort.Slice(langs, func(i, j int) bool { return langs[i].Rank < langs[j].Rank })
    fmt.Printf("%v\n", langs) // [{go 1} {rust 2} {swift 3}]
}

同理,如果要进行稳定排序,则用sort.SliceStable替换上面的sort.Slice。

3. 引入泛型后的切片排序

Russ Cox已经确认了Go泛型(type parameter)将在Go 1.18版本落地,我们来展望一下在2022年2月Go泛型落地后,切片排序该怎么做。好在现在有https://go2goplay.golang.org/可以用于试验go泛型技术草案中的语法。

在泛型加入后,我们可以按如下方式对原生类型切片进行排序:

// https://go2goplay.golang.org/p/lKG3saE-1ek

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

type Ordered interface {
    type int, int8, int16, int32, int64, uint, uint8, uint16, uint32, uint64, uintptr, float32, float64, string
}

type orderedSlice[T Ordered] []T

func (s orderedSlice[T]) Len() int           { return len(s) }
func (s orderedSlice[T]) Less(i, j int) bool { return s[i] < s[j] }
func (s orderedSlice[T]) Swap(i, j int)      { s[i], s[j] = s[j], s[i] }

func OrderedSlice[T Ordered](s []T) {
    sort.Sort(orderedSlice[T](s))
}

func main() {
    s1 := []int32{3, 5, 2}
    fmt.Println(s1) // [3 5 2]
    OrderedSlice(s1)
    fmt.Println(s1) // [2 3 5]

    s2 := []string{"jim", "amy", "tom"}
    fmt.Println(s2) // [jim amy tom]
    OrderedSlice(s2)
    fmt.Println(s2) // [amy jim tom]
}

上面的Ordered接口类型、orderedSlice[T]切片类型以及OrderdSlice函数都可能会内置到sort包中,我们直接使用sort.OrderSlice函数即可对原生类型元素切片进行排序。

而对于自定义类型,如果我们将其加入到Ordered接口的类型列表(type list)中,像下面这样:

type Lang struct {
    Name string
    Rank int
}

type Ordered interface {
    type int, int8, int16, int32, int64, uint, uint8, uint16, uint32, uint64, uintptr, float32, float64, string
}

那么,当我们像下面代码这样对元素类型为Lang的切片langs进行排序时,我们会遇到编译错误:

func main() {
    langs := []Lang{
        {"rust", 2},
        {"go", 1},
        {"swift", 3},
    }

    OrderedSlice(langs)
    fmt.Println(langs)
}

$prog.go2:20:55: cannot compare s[i] < s[j] (operator < not defined for T)

由于Lang类型不支持<和>比较,因此我们无法将Lang类型放入Ordered的类型列表中。而根本原因在于Go语言不支持运算符重载,这样我们永远无法让自定义类型支持<和>比较,我们只能另辟蹊径,采用sort.Slice的思路:额外提供一个比较函数!

// https://go2goplay.golang.org/p/7K94ZJuaoDc

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

type Lang struct {
    Name string
    Rank int
}

type sliceFn[T any] struct {
    s   []T
    cmp func(T, T) bool
}

func (s sliceFn[T]) Len() int           { return len(s.s) }
func (s sliceFn[T]) Less(i, j int) bool { return s.cmp(s.s[i], s.s[j]) }
func (s sliceFn[T]) Swap(i, j int)      { s.s[i], s.s[j] = s.s[j], s.s[i] }

func SliceFn[T any](s []T, cmp func(T, T) bool) {
    sort.Sort(sliceFn[T]{s, cmp})
}

func main() {
    langs := []Lang{
        {"rust", 2},
        {"go", 1},
        {"swift", 3},
    }

    SliceFn(langs, func(p1, p2 Lang) bool { return p1.Rank < p2.Rank })
    fmt.Println(langs) // [{go 1} {rust 2} {swift 3}]
}

有人说,SliceFn和非泛型版本的sort.Slice在使用时复杂度似乎也没啥差别啊。形式上的确如此,但内涵上还是有差别的

使用泛型方案, 由于少了到interface{}的装箱和拆箱操作,理论上SliceFn的性能要好于sort.Slice函数。根据Go语言之父Robert Griesemer对Go泛型的讲解

SliceFn(langs,...)

等价于下面过程:

sliceFnForLang := SliceFn(Lang) // 编译阶段,sliceFnForLang的函数原型为func(s []Lang, func(Lang, Lang) bool);
sliceFnForLang(langs) // 运行阶段,和普通函数调用无异,但没有了到interface{}类型装箱和拆箱的损耗。

注:本文涉及的源码可以在这里https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/slice-sort-in-go 下载到。

延伸阅读


“Gopher部落”知识星球开球了!高品质首发Go技术文章,“三天”首发阅读权,每年两期Go语言发展现状分析,每天提前1小时阅读到新鲜的Gopher日报,网课、技术专栏、图书内容前瞻,六小时内必答保证等满足你关于Go语言生态的所有需求!星球首开,福利自然是少不了的!2020年年底之前,8.8折(很吉利吧^_^)加入星球,下方图片扫起来吧!

我的Go技术专栏:“改善Go语⾔编程质量的50个有效实践”上线了,欢迎大家订阅学习!

img{512x368}

我的网课“Kubernetes实战:高可用集群搭建、配置、运维与应用”在慕课网上线>了,感谢小伙伴们学习支持!

img{512x368}

我爱发短信:企业级短信平台定制开发专家 https://51smspush.com/
smspush : 可部署在企业内部的定制化短信平台,三网覆盖,不惧大并发接入,可定制扩展; 短信内容你来定,不再受约束, 接口丰富,支持长短信,签名可选。

2020年4月8日,中国三大电信运营商联合发布《5G消息白皮书》,51短信平台也会全新升级到“51商用消息平台”,全面支持5G RCS消息。

著名云主机服务厂商DigitalOcean发布最新的主机计划,入门级Droplet配置升级为:1 core CPU、1G内存、25G高速SSD,价格5$/月。有使用DigitalOcean需求的朋友,可以打开这个链接地址:https://m.do.co/c/bff6eed92687 开启你的DO主机之路。

Gopher Daily(Gopher每日新闻)归档仓库 – https://github.com/bigwhite/gopherdaily

我的联系方式:

  • 微博:https://weibo.com/bigwhite20xx
  • 微信公众号:iamtonybai
  • 博客:tonybai.com
  • github: https://github.com/bigwhite

微信赞赏:
img{512x368}

商务合作方式:撰稿、出书、培训、在线课程、合伙创业、咨询、广告合作。

“Gopher部落”知识星球开球了

考虑了很久自己要不要开一个知识星球?自己并不擅长社群运营,但

  • 自己的技术内容输出档次又是不错的且是持续的,能让一定范围的朋友感觉是有价值的;
  • 面对大家的问题,相信自己的知识和经验储备也能给出很具参考价值的答案;
  • 并且这样的一个知识付费的产品还能反过来督促自己输出更多、更有价值的内容,何乐而不为!

于是鄙人下载了知识星球的app,大胆地点击了“创建星球”,“Gopher部落”这颗星球就这样诞生了!


Gopher部落知识星球

编写星球介绍的时候,我又犯难了!星球上都发些啥内容呢?聚焦哪些方面的?自己擅长的领域包括Go语言、Kubernetes、容器等。愿意主动跟踪IT领域最新技术趋势,有自己的一套学习方法理论,加上工作多年,对职场有些感悟;自己也是一个兴趣广泛的人,先将这些大概率能分享的填上吧。

那星球与其他内容输出渠道,比如:博客、公众号、微博、知乎等有啥区别的,是不是星球有的,其他渠道也会同步发布呢?我必须对星友给出承诺啊!于是冥思苦想,写了下面这几条开球承诺

  • 每月至少2篇高品质首发Go技术文章

怎么理解?首发代表星球的顺位排行第一!星友们有抢先阅读的权利,就和各大视频网站针对会员的“提前看3集”的权利类似。但这些文章后续也会通过其他渠道付费阅读。或星主根据个人自媒体运营需要,会挑选少数文字在免费渠道做推广使用。

  • 星主博客技术文章首发阅读权(提前三天);

有些文章星主是向免费分享的,但考虑到星友的权利,承诺星友的“三天”首发阅读权的。

  • 每年两期Go语言发展现状分析;

作为长期跟踪Go语言演化和发展的gopher,在每年两次go版本发布时会输出Go语言当前现状的详细介绍。这个是区别于星主传统的“XXX中值得关注的几个变化”系列的。

  • 每天提前1小时阅读到新鲜的Gopher日报(Go生态圈技术动态、技术会议、大事件、新版本特性、重大bug/安全隐患等);

星主维护着Gopher日报(github.com/bigwhite/gopherdaily),这是一个免费分享的技术日报。星主唯一能控制的就是渠道的推送时间。因此,这里承诺星友们Gopher日报的抢先1小时阅读权利。并且可以与星主就日报中的技术事件进行提问和讨论。

  • 星主出品的网课、技术专栏、图书内容前瞻;

星主爱好制作网课、技术专栏以及与纸版书写作,因此可以给星友提供这方面内容的“前瞻”权利;星主也希望通过和星友的交流反馈,提升作品质量。

  • Go语言相关电子版本资料的抢先获得权(仅限公开资料)

星主关注最新IT技术趋势,会抢先收集到一些公开的技术资料,这些资料也会第一时间分享给各位星友。

  • 针对星友提问的六小时内必答保证(仅限回答时间在早7点~晚8点之内的问题)。

最后就是给星球提问的承诺了。思来想去,给出了“六小时必答”的承诺,估计这也是星主能给出的极限承诺了。毕竟,每个人都有自己的主要工作,不能盯着星球:)。如果节假日星主回答晚了,或因特殊原因没有及时看到提问提醒,还请各位星友担待包涵:)。

星球首开,福利自然是少不了的!2020年年底之前,8.8折(很吉利吧^_^)加入星球。扫描下方图片二维码即享优惠!

优惠券

感谢大家对本星球的支持!


我的Go技术专栏:“改善Go语⾔编程质量的50个有效实践”上线了,欢迎大家订阅学习!

img{512x368}

我的网课“Kubernetes实战:高可用集群搭建、配置、运维与应用”在慕课网上线>了,感谢小伙伴们学习支持!

img{512x368}

我爱发短信:企业级短信平台定制开发专家 https://51smspush.com/
smspush : 可部署在企业内部的定制化短信平台,三网覆盖,不惧大并发接入,可定制扩展; 短信内容你来定,不再受约束, 接口丰富,支持长短信,签名可选。

2020年4月8日,中国三大电信运营商联合发布《5G消息白皮书》,51短信平台也会全新升级到“51商用消息平台”,全面支持5G RCS消息。

著名云主机服务厂商DigitalOcean发布最新的主机计划,入门级Droplet配置升级为:1 core CPU、1G内存、25G高速SSD,价格5$/月。有使用DigitalOcean需求的朋友,可以打开这个链接地址:https://m.do.co/c/bff6eed92687 开启你的DO主机之路。

Gopher Daily(Gopher每日新闻)归档仓库 – https://github.com/bigwhite/gopherdaily

我的联系方式:

  • 微博:https://weibo.com/bigwhite20xx
  • 微信公众号:iamtonybai
  • 博客:tonybai.com
  • github: https://github.com/bigwhite

微信赞赏:
img{512x368}

商务合作方式:撰稿、出书、培训、在线课程、合伙创业、咨询、广告合作。

如发现本站页面被黑,比如:挂载广告、挖矿等恶意代码,请朋友们及时联系我。十分感谢! 图片广告位1 图片广告位2 图片广告位3 商务合作请联系bigwhite.cn AT aliyun.com

欢迎使用邮件订阅我的博客

输入邮箱订阅本站,只要有新文章发布,就会第一时间发送邮件通知你哦!

这里是 Tony Bai的个人Blog,欢迎访问、订阅和留言! 订阅Feed请点击上面图片

如果您觉得这里的文章对您有帮助,请扫描上方二维码进行捐赠 ,加油后的Tony Bai将会为您呈现更多精彩的文章,谢谢!

如果您希望通过微信捐赠,请用微信客户端扫描下方赞赏码:

如果您希望通过比特币或以太币捐赠,可以扫描下方二维码:

比特币:

以太币:

如果您喜欢通过微信浏览本站内容,可以扫描下方二维码,订阅本站官方微信订阅号“iamtonybai”;点击二维码,可直达本人官方微博主页^_^:
本站Powered by Digital Ocean VPS。
选择Digital Ocean VPS主机,即可获得10美元现金充值,可 免费使用两个月哟! 著名主机提供商Linode 10$优惠码:linode10,在 这里注册即可免费获 得。阿里云推荐码: 1WFZ0V立享9折!


View Tony Bai's profile on LinkedIn

文章

评论

  • 正在加载...

分类

标签

归档



View My Stats