C++实现稳定版计数排序算法 _ 数组索引映射与位置偏移【源码】

落静同学_9462

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2026-04-23

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原创

直接用 count[arr[i]] 会越界,因 arr[i] 可能为负;需偏移映射为 count[arr[i]−min_val],并逆序回填保证稳定。

c++实现稳定版计数排序算法 _ 数组索引映射与位置偏移【源码】

为什么直接用 count[i] 当索引会越界

计数排序要求输入是已知范围的非负整数,但实际数据常含负数或稀疏分布。若数组最小值是 -100,最大值是 200,直接用 count[arr[i]]++ 会让 arr[i] == -100 时访问 count[-100] —— 这是未定义行为,大概率崩溃或静默错误。

核心解法是「偏移映射」:把原值 x 映射到非负索引 x - min_val。这要求提前扫描一遍确定 min_val 和 max_val,再分配大小为 max_val - min_val + 1 的计数数组。

  • 不预扫描而硬设偏移(如统一加 1000)会导致空间浪费严重,[-1, 1] 和 [-1000, 1000] 都要开 2001 元素
  • 若忽略负数直接断言 arr[i] >= 0,上线后遇到非法输入就 crash,不是稳定
  • 映射必须全程一致:计数、累加、回填三阶段都用同一偏移量,否则位置错乱

std::vector<int></int> 计数数组比 new int[] 更安全

手动 new 分配后容易忘 delete[],异常路径下必然泄漏;而 std::vector 自动管理生命周期,且支持移动语义,避免深拷贝开销。

注意初始化方式:std::vector<int> count(range_size, 0)</int> 比 std::vector<int>(range_size)</int> 更明确——后者依赖默认初始化(int 是 0,但逻辑意图更清晰)。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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  • 别用 count.resize(range_size) 后循环赋 0,多一次遍历
  • 若范围极大(如 max_val - min_val > 1e7),计数排序本身就不适用,应换桶排序或基数排序
  • vector 的 .data() 可直接传给 C 风格函数,无需额外转换

累加计数数组时,为什么从 i = 1 开始而非 i = 0

累加目的是让 count[i] 表示「≤ 映射值 i 的元素个数」,从而定位每个值在输出数组中的**右边界**。若从 0 开始累加:count[0] += count[-1] 会越界;正确做法是跳过 i = 0,从 i = 1 往后做 count[i] += count[i-1]。

回填必须**逆序遍历原数组**:对每个 arr[i],先算映射索引 idx = arr[i] - min_val,查 count[idx] 得到它应放的末位置,然后 count[idx]--。逆序保证相同值的相对顺序不变(稳定性的关键)。

  • 正序回填会使相同值按逆序排列,破坏稳定性
  • 累加后 count[idx] 表示「最后一个该值的位置 + 1」,所以回填用 --count[idx] 刚好落到有效下标
  • 如果漏掉 --count[idx],所有相同值都会写到同一个位置,覆盖掉前面的

完整可运行的稳定计数排序函数

以下代码处理任意整数区间,自动检测范围,内存安全,保持稳定性:

void countingSort(std::vector<int>& arr) {
    if (arr.empty()) return;
    auto [min_it, max_it] = std::minmax_element(arr.begin(), arr.end());
    int min_val = *min_it, max_val = *max_it;
    int range_size = max_val - min_val + 1;
    std::vector<int> count(range_size, 0);
    for (int x : arr) count[x - min_val]++;
    for (int i = 1; i  output(arr.size());
    for (int i = arr.size() - 1; i >= 0; --i) {
        int idx = arr[i] - min_val;
        output[--count[idx]] = arr[i];
    }
    arr = std::move(output);
}
</int></int>

最易被忽略的是:std::minmax_element 返回的是迭代器,必须解引用;以及 --count[idx] 必须在赋值前执行——这两处写反,排序就全乱了。

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