`std::list::sort()` がトップダウンのマージ ソート アプローチに切り替わったのはなぜですか?

STL: std::list::sort() の再考

伝統的に、std::list::sort() は以下を使用してボトムアップのマージ ソート アルゴリズムを実装していました。ポインタ。ただし、Visual Studio 2015 以降、標準ライブラリはトップダウンのマージ ソート戦略に切り替わりました。再帰の各レベルで繰り返される連続スキャンによる非効率性が最初は認識されていましたが、コードを詳しく調べると、別の話が明らかになります。

トップダウンのアプローチとその利点

代わりにリストをスキャンして分割すると、トップダウンのアプローチにより整数のサイズが再帰的に 2 で除算され、要素の比較の数が減ってより高速なマージが可能になります。さらに、中点を見つけるための最初の std::next の使用は非効率的に見えるかもしれませんが、リストのプロパティを利用してリストを効率的に半分に分割します。

イテレータの使用への変更により、メモリ割り当てが回避され、例外的な安全性。比較関数が例外をスローした場合、リストはデータを失うことなく順序付けられたままになります。マージ ロジックで std::list::splice を使用すると、元のリスト内でノードを効率的に移動できるようになり、安定性と例外処理がさらに強化されます。

パフォーマンスに関する考慮事項

初期とは異なります仮定すると、特定のシナリオでは、 std::list::sort() のトップダウン マージ ソートがボトムアップ マージ ソートよりも優れたパフォーマンスを発揮することがよくあります。ノードが散在するリストの場合、またはメモリが制限されている場合、トップダウンのマージ ソートはキャッシュの動作が向上し、結果として実行が速くなります。ただし、メモリが十分にある場合は、リストを配列またはベクトルに移動し、その形式でソートするほうが一般に効率的です。

イテレータを使用した代替のボトムアップ マージ ソート

の効率にもかかわらず、トップダウンのアプローチでは、リストの配列の必要性をなくすために、ボトムアップの Merge Sort を変更してイテレータを操作できるようにしようとする人もいます。このアプローチでは、反復子の配列を利用してソートされた実行境界を追跡し、マージに std::list::splice を使用して、トップダウンのアプローチと同様の結果を達成します。

結論

への切り替えstd::list::sort() でのトップダウンのマージ ソートは性急な決定ではなく、慎重に検討された最適化であり、パフォーマンスと安定性が大幅に向上しました。トップダウンのアプローチは常に理想的であるとは限りませんが、特定のシナリオではその価値が証明されており、より高速で信頼性の高い並べ替えアルゴリズムが提供されます。

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