C++怎么使用三路快排_C++优化重复元素排序【效率】

三路快排需用lt、gt、i三指针将区间划分为三段，避免重复元素导致退化；标准std::sort不自动启用三路分区，故手写时须显式实现该逻辑。

三路快排在 c++ 中怎么写才不退化成 O(n²)

标准 std::sort 对含大量重复元素的数组不会自动切三路，它用的是 introsort（混合堆+快排+插入），但面对 vector<int>{1,1,1,...,2,2,2,...,3}</int> 这类数据，普通快排分区仍可能反复把相等元素扫进同一侧，导致递归深度失控。

手写三路快排的关键是：用三个指针 lt、gt、i 把区间划为「

• 基准选 nums[l] 或随机索引，**别用 nums[r] 且不打乱——升序数组下直接 O(n²)**
• i 从 l+1 开始，不是 l；lt 初始化为 l，gt 初始化为 r
• 循环中遇到 nums[i] == pivot 时，只做 i++，不交换——这是“三路”和“双路”的本质区别
• 递归调用时，左段是 [l, lt-1]，右段是 [gt+1, r]，中间 [lt, gt] 全等，不用再排

void quick3way(vector<int>& nums, int l, int r) {     if (l >= r) return;     int pivot = nums[l];     int lt = l, i = l + 1, gt = r;     while (i <= gt) {         if (nums[i] < pivot) swap(nums[lt++], nums[i++]);         else if (nums[i] > pivot) swap(nums[i], nums[gt--]);         else i++;     }     quick3way(nums, l, lt - 1);     quick3way(nums, gt + 1, r); }

std::sort 能不能直接利用三路逻辑

不能。C++ 标准库不暴露三路接口，std::sort 的比较器只返回 true/false，无法表达「小于/等于/大于」三态。你传进去的 operator 或 Lambda 只能做二元判断，底层没法据此合并相等块。

如果你只是想省事又需要处理重复元素，更现实的做法是：先用 std::sort 排好，再用 std::unique 去重（或配合 erase），但注意这会改变原顺序且不压缩中间段——它只是把重复项挪到末尾。

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• 真正要保序压缩重复段，得自己遍历+双指针，比如用 std::remove_duplicates（C++20）或手写 std::unique_copy
• std::stable_sort 不解决重复问题，它只保证相等元素相对位置不变，性能还更差
• 对 std::vector<String></string> 这类类型，三路快排收益有限——字符串比较本身开销大，分支预测失效比分区不均影响更大

什么时候三路快排反而更慢

当重复元素占比低于 ~15%，或者数据规模小于 100 时，三路快排的额外指针管理和分支判断会拖慢速度，不如标准 std::sort 的高度优化汇编实现。

还有两个隐蔽坑：

• 对 std::list 或其他非随机访问容器，三路快排无法高效 swap 中间元素，必须转成 vector 再排，内存和时间成本翻倍
• 自定义类型若没有 operator 但有 <code>operator==，三路逻辑里容易误用 == 替代比较，导致分区错乱——三路依赖的是严格全序，不是等价关系
• 多线程环境下，手写递归分治若没加栈深限制（如改用迭代+显式栈），可能触发 stack overflow，而 std::sort 内部做了深度控制

替代方案：partial_sort + unique 组合够不够用

够用，但要看场景。如果你只需要前 k 个最小值且允许重复，std::partial_sort 比完整三路快排快得多；如果还要去重后再取 top-k，就先 std::sort + std::unique，再 std::make_heap 做 top-k。

但注意：std::unique 不是删除函数，它只把重复项移到末尾并返回新逻辑长度，你得手动 erase 才真正缩容：

auto last = std::unique(v.begin(), v.end()); v.erase(last, v.end());

这个组合在工程中更稳——没栈溢出风险，兼容所有迭代器类型，且编译器对 STL 函数内联和向量化更友好。三路快排只在你知道数据结构、重复率极高、且 profiling 确认瓶颈在排序时才值得投入。

真正难的不是写对三路分区，而是判断当前数据到底适不适合它——测一遍 std::sort 和你手写的耗时差，比看理论复杂度管用得多。