位图排序是利用数组下标表示数值、值表示存在性的去重有序枚举方法;时间复杂度O(n+m),空间复杂度O(m);Java中可用boolean[]或long[]实现,适合最大值几百万以内的正整数。

位图排序不是传统意义上的“排序算法”,而是利用数组(或布尔数组)的下标作为数值、值作为存在标记,实现对不重复正整数的去重 + 有序枚举。它本质是空间换时间:时间复杂度 O(n + m),其中 m 是数据最大值;空间复杂度 O(m)。Java 中可用 boolean[] 或更省内存的 long[](按位操作)实现。
用 boolean[] 实现简洁版位图(适合中小范围)
适用于最大值在几百万以内(如 0~10⁶),内存充足且追求代码清晰。
- 创建长度为
maxValue + 1的boolean[] bitmap,初始全false - 遍历输入数组,对每个正整数
x,执行bitmap[x] = true(自动去重) - 从下标
1开始遍历bitmap,遇到true就输出下标——结果天然升序
示例:
分析 Java Spring Boot 后端 Controller 代码,自动生成 Markdown 格式的接口文档。当用户说“生成 Java 接口文档”、“生成 API 文档”、“从 Spring 代码生成文档”时触发。
int max = Arrays.stream(nums).max().orElse(0);
boolean[] map = new boolean[max + 1];
for (int x : nums) if (x > 0) map[x] = true;
for (int i = 1; i // 输出:1 2 3 4 5 6 9
用 long[] 实现紧凑位图(节省 64 倍空间)
当最大值达千万甚至亿级时,boolean[] 占用过大(如 1 亿个 boolean ≈ 100MB)。改用 long[],每个 long 存 64 位,用位运算标记。
- 计算所需 long 数量:
size = (maxValue + 63) / 64 - 标记数字 x:取
index = x / 64,位偏移bit = x % 64,执行bits[index] |= (1L - 查询 x 是否存在:检查
(bits[index] & (1L - 枚举时双重循环:外层遍历
long元素,内层用Long.bitCount()或逐位检测(推荐用Long.lowestOneBit()配合清除)
关键注意事项与边界处理
- 只支持非负整数:若含 0,下标 0 可用;负数需偏移(如加 offset 映射到正区间),但会扩大范围
- 必须预知最大值:否则无法分配数组。可先扫描一次求 max,或用动态扩容(不推荐,破坏 O(1) 访问)
- 内存 vs 范围权衡:若数据稀疏(如 10 万个数,最大值 1 亿),位图空间浪费严重,此时应选计数排序(用 HashMap)或堆排序
- 线程安全:纯数组操作无锁,但多线程写入需同步;单次构建 + 多次读取则天然安全
何时选择位图排序?
- 输入是不重复的正整数,且范围可控(如用户 ID、状态码、小范围索引)
- 要求极致速度,且允许牺牲内存(如嵌入式缓存、日志分析中间步骤)
- 实际场景举例:统计某天 PV 中出现过的 URL 编号(编号 1~50 万)、游戏内道具 ID 排序展示
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