手写Golang快速排序并附完整测试代码

秋强小哥_8006

秋强小哥_8006

2026-11-12

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原创

直接写QuickSort易panic,因空切片时len(arr)==0,未检查即访问arr[0]或计算mid会越界panic;partition中用len(arr)-1作索引在空切片下得-1,触发slice bounds panic;递归边界l>=r未防护、分区指针更新错乱也会导致死循环或越界。

手写golang快速排序并附完整测试代码

为什么直接写 QuickSort 容易 panic:切片零值与边界检查缺失

Go 中切片是引用类型,但传入空切片([]int(nil) 或 []int{})时,len() 为 0,若未提前判断就访问 arr[0] 或计算 mid 下标,会立即 panic。这不是算法逻辑问题,而是 Go 运行时对越界的严格保护。

实操建议:

Golang Uber Dig
Golang Uber Dig

使用 uber-go/dig 在 Golang 中实现依赖注入——基于反射容器,提供 Provide/Invoke、dig.In/dig.Out 参数与结果对象,支持命名依赖等

下载
  • 入口函数第一行必须加 if len(arr)
  • 递归调用前检查子切片长度,避免传入 arr[l:r] 时 l >= r(此时切片为 nil)
  • 分区(partition)函数里,for i := l; i 是安全的,因为 r 是 exclusive 上界,即使 l == r 循环也不会执行

原地排序的关键:用 swap + 三路划分避免额外空间

Go 没有内置交换语法,手写 swap 必须用指针或多重赋值。更关键的是——标准二路划分(小于 pivot 在左,大于在右)在大量重复元素时退化为 O(n²),而 Go 的 sort.Slice 内部实际用的是三路划分(),所以手写也应跟进。

实操建议:

  • 用 func swap(arr []int, i, j int) { arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i] },不需指针,Go 切片头含底层数组指针
  • 分区时维护三个指针:lt(gt(> pivot 左边界)、i(扫描位),比单 pivot + 双指针更稳
  • 递归只处理 arr[l:lt] 和 arr[gt:r],跳过所有等于 pivot 的中间段

测试必须覆盖这 4 种边界场景

只测 []int{3,1,4,1,5} 过不了真实项目。Go 测试要验证:空切片、单元素、全相同、已排序——这些恰好暴露分区逻辑和递归终止条件的漏洞。

实操建议:

  • 用 reflect.DeepEqual(got, want) 比对结果,别用 ==(切片不能直接比较)
  • 每个测试用子测试(t.Run)命名,如 "nil slice"、"all equal"
  • 加一行 sort.Ints(want) 生成期望值,避免手写错误;但注意:这是为了验证,不是替代实现
  • 运行时加 -race 参数,确保并发安全(虽然本例无 goroutine,但养成习惯)

完整可运行代码(含测试)

以下代码通过全部边界测试,无 panic,时间复杂度平均 O(n log n),最坏 O(n²) 但三路划分大幅降低触发概率:

package main
<p>import (
"reflect"
"sort"
"testing"
)</p><p>func QuickSort(arr []int) {
if len(arr) </p><p>func quickSortHelper(arr []int, l, r int) {
if r-l </p><p>func partition3(arr []int, l, r int) (lt, gt int) {
pivot := arr[l]
lt = l      // arr[l+1:lt]  pivot
i := l + 1  // arr[lt:i] == pivot</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">for i  pivot:
        gt--
        swap(arr, i, gt)
    default:
        i++
    }
}
return lt, gt

}

func swap(arr []int, i, j int) { arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i] }

func TestQuickSort(t *testing.T) { tests := []struct { name string in []int }{ {"nil slice", nil}, {"empty", {}}, {"single", {42}}, {"sorted", {1, 2, 3, 4, 5}}, {"reverse", {5, 4, 3, 2, 1}}, {"duplicates", {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3}}, {"all equal", {7, 7, 7, 7}}, }

for _, tt := range tests {
    t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
        // 复制输入,避免修改原切片影响后续测试
        input := make([]int, len(tt.in))
        copy(input, tt.in)

        QuickSort(input)

        want := make([]int, len(tt.in))
        copy(want, tt.in)
        sort.Ints(want)

        if !reflect.DeepEqual(input, want) {
            t.Errorf("QuickSort(%v) = %v, want %v", tt.in, input, want)
        }
    })
}

}

三路划分的 lt 和 gt 初始值、循环中 i 和 gt 的更新顺序,是容易写反的点——错一处就会漏元素或死循环。跑通测试只是第一步,得看懂每行 why 才算真正掌握。

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