一次快速排序错误引起的思考（1）

　　快速排序是目前基于关键字的内部排序算法中平均性能最好的，它采用了分治策略，这既是快速排序的优势也是它的缺点。从快速排序的算法描述上咱们能够发现它具备递归的结构：

　　　　（1）肯定一个分界，将待排序的数组分为左、右两个部分；

　　　　（2）使全部小（大）于临界值的数据移到左部分，大（小）于临界值的数据移到右部分；

　　　　（3）这时左、右两个部分红为了两个独立的数组，分别对它们执行（1）（2）（3）的操做，直到全部数据都是有序的状态为止。

　　照这样的描述咱们不难写出快排的代码，我平时遇到排序的问题，只要数据量上了100，想都不想就用快排来解决，可是当我用下面这个程序测试时却出现了问题：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <time.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 
 5 #define NUM 10000000    /*待排序的数据量*/
 6 
 7 void quick_sort(double a[], long left, long right);
 8 
 9 int main(void)
10 {
11     clock_t t_s, t_e; 
12     long i;
13     double a[NUM];
14     
15     srand(time(NULL));
16     for (i = 0; i < NUM; ++i) {
17         a[i] = rand();
18     }
19     
20     t_s = clock(); 
21     quick_sort(a, 0, NUM-1);
22     t_e = clock(); 
23     double t = (t_e - t_s) / (double)CLOCKS_PER_SEC;  /*计算排序用时*/
24     
25     printf("Quick sort %d items used time:%f s\n", NUM, t); 
26 
27     return 0;
28 }
29 
30 void quick_sort(double a[], long left, long right)
31 {
32     long i = left;
33     long j = right;
34     double mid = a[(i + j) / 2]; /*以中间元素做为比较的基准*/
35 
36     while (i <= j) {
37         while (a[i] < mid)
38             ++i;
39         while (mid < a[j])
40             --j;
41         if (i <= j) {
42             double t = a[i];
43             a[i] = a[j];
44             a[j] =t;
45             ++i;
46             --j;
47         }
48     }
49 
50     if (i < right) quick_sort(a, i, right);
51     if (left < j) quick_sort(a, left, j);
52 }

　　我在Linux上运行这个程序出现了"Segmentation fault "错误，而当NUM==1000000时却没有这个错误。查阅相关资料得知这是因为程序递归次数太多，大量的压栈使程序占用的栈空间超过了操做系统所规定的大小，从而出现的内存错误。

　　我用ulimit -s指令的获得的结果是8192，也就是说个人系统默认给每一个程序分配的大概是8M的栈空间。用指令ulimit -s unlimited使栈空间变成实际内存大小后，上面的程序就能够顺利运行而不出错误了（由于Linux上不像Windows能够把栈的大小写入可执行文件中，因此只能用ulimit -s更改的方法了）。难道由于栈的限制，快速排序可以处理的数据量就有上限了吗？那还不如用选择排序——虽然慢，但至少不会出错，因而我找到了这篇文章：快速排序的非递归实现。其实说是“非递归”，只不过是用本身管理的栈来消除递归，算法本质上没有区别，并且从这篇文章做者的测试来看，用栈的方法比用递归的方法反而更慢（做者将其解释为：“用栈的效率比递归高，可是在这个程序中局部变量也就是要每次压栈的数据不多，栈的优点体现不出来，反而更慢……”，我认为这种观点是不对的，因为递归能够理解为有了一个“系统帮你自动管理的栈”，它的效率确定是要比你本身管理的栈要高的，何况你在进行弹栈和压栈操做时又调用了新函数，算上调用的开支，用栈的方法确定比递归慢），不过栈在这里的优点是能够不用考虑操做系统的问题，并且可以处理的数据量只和内存大小有关，没必要受到操做系统对栈空间大小的限制（即便用栈，快排也比不少排序算法要快得多）。

　　之前在学排序算法的时候，专门有讲怎样根据实际问题来选择合适的排序算法，可是我图“省事”，就只用快排和简单选择排序。遇到了这个问题也让我对算法的选择和实现上有了更多认识，同时也了解到用栈消除递归在有些场合（好比系统栈空间受限）的重要意义。