Question

为什么std::rotate比cplusplus.com描述的等效函数快得多？

cplusplus.com的实施：

template <class ForwardIterator>
  void rotate (ForwardIterator first, ForwardIterator middle, ForwardIterator last)
{
  ForwardIterator next= middle;

  while (first != next)
  {
    swap (*first++, *next++);

    if(next == last)
        next= middle;
    else if (first==middle)
        middle= next;
  }
}

我有两个完全相同的插入排序算法，除了一个使用std::rotate，一个使用cplusplus.com的等效函数。我将它们设置为使用1000个int元素对1000个向量进行排序。使用std::rotate的排序需要0.376秒，而另一个需要8.181秒。

这是为什么？我不打算尝试做出比STL功能更好的东西，但我仍然很好奇。

Answer 1

正如评论员所说，这取决于您的标准库实施。但是您发布的代码即使对于前向迭代器也是有效的。因此，它只需要很少的要求（只有这些迭代器可以递增和解除引用）。

Stepanov的经典Elements of Programming将整个章节（10）用于rotate和其他重排算法。对于前向迭代器，代码中的一系列交换会提供O(3N)分配。对于双向迭代器，对reverse的三次连续调用会产生另一个O(3N)算法。对于随机访问迭代器，std::rotate可以通过定义索引的排列 w.r.t实现为O(N)分配。到起始迭代器first。

所有上述算法都是就地的。使用内存缓冲区，随机访问版本可能会受益于memcpy()或memmove()的更高缓存局部性（如果基础值类型为POD），其中整个连续内存块可以是交换。如果您对数组或std::vector进行了插入排序，则标准库可能会利用此优化。

TL; DR ：相信您的标准库，不要重新发明轮子！

Answer 2

编辑：

由于未给出上下文，因此您的代码调用std::swap()或其他swap(a,b)算法（如

）尚不清楚

T tmp = a; a = b; b = tmp;

当a和b是每个int s的向量时，这将复制所有向量元素3次。 std::swap()这样的容器的专用版本std::vector<T>调用容器a.swap(b)方法，实质上只交换容器的动态数据指针。

此外，对于不同的迭代器类型，std::rotate()实现可以使用一些优化（请参阅下面的旧版，可能会产生误导性的答案）。

警告：std::rotate()的实现依赖于实现。对于不同的迭代器类别，可以使用不同的算法（例如，在GNU g ++的__rotate(标题中查找bits/stl_algo.h。）

要将n元素移动m=std::distance(first,middle)一个简单的（幼稚）算法，例如m个旋转，需要 O（n * m）移动或复制操作。但是只需要 O（n）移动，当每个元素直接放置到正确的位置时，这会导致（大致） m 倍的算法。

举例说明：通过三个元素旋转字符串s = "abcdefg"：

abcdefg : store 'a' in temporary place
dbcdefg : move s[3] to s[0] (where it belongs in the end, directly)
dbcgefg : move s[6] to s[3]
dbcgefc : move s[9%7] to s[6] (wrapping index modulo container size: 9%7 == 2)
dbfgefc : move s[5] to s[2]
dbfgebc : move s[1] to s[5] (another wrapping around)
defgebc : move s[4] to s[1]
defgabc : move 'a' from temporary place to s[4]

对于具有最大公约数1的n和m，您现在就完成了。否则，您必须为第一个n/m个连续元素（此处假设m）重复该方案n > m时间。这个更复杂的算法要快得多。

对于双向迭代器，可以使用另一种传奇的O（3n）算法，称为“翻转手”。根据Jon Bentley的书Programming Pearls，它在早期的UNIX编辑器中用于移动文本：

将手放在你面前，一个在另一个上方，竖起大拇指。现在

转过一只手。
转过另一个。
转动两者，相互连接。

在代码中：

reverse(first, middle);
reverse(middle, last);
reverse(first, last);

对于随机访问迭代器，可以通过swap_ranges()（或POD类型的memmove()操作）重新定位大块内存。

利用汇编程序操作进行微优化可以提供额外的加速度，可以在禁食算法的基础上完成。

使用连续元素而不是在内存中“跳转”的算法也会导致现代计算机体系结构中的缓存未命中次数减少。

为什么std ::旋转这么快？

2 个答案: