# std::ranges::inplace_merge

< cpp‎ | algorithm‎ | ranges

定义于头文件 `<algorithm>` |  |
调用签名 |  |
template< std::bidirectional_iterator I, std::sentinel_for<I> S, class Comp = ranges::less, class Proj = std::identity > requires std::sortable<I, Comp, Proj> I inplace_merge( I first, I middle, S last, Comp comp = {}, Proj proj = {} ); | (1) | (C++20 起)
template< ranges::bidirectional_range R, class Comp = ranges::less, class Proj = std::identity > requires std::sortable<ranges::iterator_t<R>, Comp, Proj> ranges::borrowed_iterator_t<R> inplace_merge( R&& r, ranges::iterator_t<R> middle, Comp comp = {}, Proj proj = {} ); | (2) | (C++20 起)

归并二个已排序范围 `[first, middle)` 与 `[middle, last)` 到一个已排序范围 `[first, last)` 中。

称序列为按照比较器 `comp` 与投影 `proj` 已排序，若对应任何指向序列的迭代器 `it` 与任何使得 `it + n` 为指向序列元素的合法迭代器的非负整数 `n` ， std::invoke(comp, std::invoke(proj, *(it + n)), std::invoke(proj, *it))) 求值为 false 。

此归并函数是稳定的，这表示对于原在二个范围中的等价元素，来自第一范围的元素（保持其原顺序）先于来自第二范围的元素（保持其原顺序）。

1) 用给定的二元比较函数 `comp` 与投影对象 `proj` 比较元素，而范围必须按同样方式排序。
2) 同 (1) ，但以 `r` 为范围，如同以 ranges::begin(r) 为 `first` 并以 ranges::end(r) 为 `last` 。

此页面上描述的仿函数实体是 niebloid ，即：

- 调用它们中的任何一者时不可指定显式模板实参。
- 它们无一对实参依赖查找可见。
- 在通常无限定查找寻找函数调用运算符左侧的名称找到它们之一时，它禁止实参依赖查找。

实际上，它们能以函数对象，或以某些特殊编译器扩展实现。

### 参数

first | - | 第一已排序范围的起始
middle | - | 第一范围的末尾与第二范围的起始
last | - | 第二已排序范围的末尾
r | - | 要原位归并的元素范围
comp | - | 应用到投影后元素的比较器
proj | - | 应用到范围中元素的投影

### 返回值

等于 `last` 的迭代器。

### 复杂度

若额外内存可用则准确比较 N−1 次，其中 N = ranges::distance(first, last) 。否则比较 \(\scriptsize \mathcal{O}(N\cdot\log{(N)})\)𝓞(N•log(N)) 次。另外在两种情况下都进行二倍次数的投影。

### 注解

此函数尝试分配临时缓冲区。若分配失败，则选择较低效的算法。

### 可能的实现

此实现仅展示无额外内存可用时使用的较慢的算法。参阅 MSVC STL 与 libstdc++ 中的实现。

    struct inplace_merge_fn {
        template<std::bidirectional_iterator I, std::sentinel_for<I> S,
                 class Comp = ranges::less, class Proj = std::identity>
            requires std::sortable<I, Comp, Proj>
        I operator()(I first, I middle, S last, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const {
            I last_it = ranges::next(middle, last);
            inplace_merge_slow(first, middle, last_it,
                               ranges::distance(first, middle),
                               ranges::distance(middle, last_it);
                               std::ref(comp), std::ref(proj));
            return last_it;
        }

        template<ranges::bidirectional_range R, class Comp = ranges::less,
                 class Proj = std::identity>
            requires std::sortable<ranges::iterator_t<R>, Comp, Proj>
        ranges::borrowed_iterator_t<R>
        operator()(R&& r, ranges::iterator_t<R> middle,
                   Comp comp = {}, Proj proj = {}) const {
            return (*this)(ranges::begin(r), std::move(middle), ranges::end(r),
                           std::move(comp), std::move(proj));
        }

    private:
        template<std::bidirectional_iterator I, class Comp, class Proj>
            requires std::sortable<I, Comp, Proj>
        static void inplace_merge_slow(I first, I middle, I last, std::iter_difference_t<I> n1,
                                       std::iter_difference_t<I> n2, Comp comp, Proj proj)
        {
            if (n1 == 0 || n2 == 0)
                return;
            if (n1 + n2 == 2)
               if (comp(proj(*middle), proj(*first))) {
                   ranges::iter_swap(first, middle);
                   return;
               }

            I cut1 = first;
            I cut2 = middle;
            std::iter_difference_t<I> d1{};
            std::iter_difference_t<I> d2{};

            if (n1 > n2) {
                d1 = n1 / 2;
                ranges::advance(cut1, d1);
                cut2 = ranges::lower_bound(middle, last, *cut1,
                                           std::ref(comp), std::ref(proj));
                d2 = ranges::distance(middle, cut2);
            }
            else {
                d2 = n2 / 2;
                ranges::advance(cut2, d2);
                cut1 = ranges::upper_bound(first, middle, *cut2,
                                           std::ref(comp), std::ref(proj));
                d1 = ranges::distance(first, cut1);
            }

            I new_middle = ranges::rotate(cut1, middle, cut2);

            inplace_merge_slow(first, cut1, new_middle, d1, d2,
                               std::ref(comp), std::ref(proj));
            inplace_merge_slow(new_middle, cut2, last, n1 - d1, n2 - d2,
                               std::ref(comp), std::ref(proj));
        }
    };

    inline constexpr inplace_merge_fn inplace_merge{};

### 示例

    #include <algorithm>
    #include <complex>
    #include <functional>
    #include <iostream>
    #include <iterator>
    #include <vector>

    void print(auto const& v, auto const& rem, int middle = -1)
    {
        for (int i{}; auto n : v)
            std::cout << (i++ == middle ? "│ " : "") << n << ' ';
        std::cout << rem << '\n';
    }

    template <std::random_access_iterator I, std::sentinel_for<I> S>
    requires std::sortable<I>
    void merge_sort(I first, S last)
    {
        if (last - first > 1) {
            I middle {first + (last - first) / 2};
            merge_sort(first, middle);
            merge_sort(middle, last);
            std::ranges::inplace_merge(first, middle, last);
        }
    }

    int main()
    {
        // 定制归并排序演示
        std::vector v {8, 2, 0, 4, 9, 8, 1, 7, 3};
        print(v, ": before sort");
        merge_sort(v.begin(), v.end());
        print(v, ": after sort\n");

        // 以比较函数对象和投影归并
        using CI = std::complex<int>;
        std::vector<CI> r { {0,1}, {0,2}, {0,3}, {1,1}, {1,2} };
        const auto middle { std::ranges::next(r.begin(), 3) };
        auto comp { std::ranges::less{} };
        auto proj { [](CI z) { return z.imag(); } };

        print(r, ": before merge", middle - r.begin());
        std::ranges::inplace_merge(r, middle, comp, proj);
        print(r, ": after merge");
    }

输出：

    8 2 0 4 9 8 1 7 3 : before sort
    0 1 2 3 4 7 8 8 9 : after sort

    (0,1) (0,2) (0,3) │ (1,1) (1,2) : before merge
    (0,1) (1,1) (0,2) (1,2) (0,3) : after merge

### 参阅

ranges::merge (C++20) | 归并二个已排序范围 (niebloid)
ranges::set_union (C++20) | 计算两个集合的并集 (niebloid)
ranges::is_sorted (C++20) | 检查范围是否以升序排序 (niebloid)
ranges::sort (C++20) | 将范围按升序排序 (niebloid)
inplace_merge | 就地归并两个有序范围 (函数模板)