归并排序之多线程实现（C++）

归并排序使用多线程分析

归并排序分为两步：

1. 不断地对半拆分数组（向下的过程）；
2. 合并相邻的子数组（向上的过程）。
   对于拆分成的子数组，它们之间相互独立，资源不共享，因此用多线程是安全的。（在合并前，两个子线程需要运行完毕，即join阻塞当前线程直到两个子线程运行完毕）

C++代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <functional>

using namespace std;

void merge(vector<int>& nums, int s, int mid, int e){
    
    
    vector<int> lnums, rnums; // lnums, rnums为两个子序列，nums用于存放合并后的序列
    for(int i = s; i <= e; i++){
    
    
        if(i <=mid){
    
    
            lnums.push_back(nums[i]);
        }else{
    
    
            rnums.push_back(nums[i]);
        }
    }

    int l = 0, r = 0, k = s;
    // 比较两个指针(l和r)所指向的元素，选择相对小的元素(升序)放入到合并空间，
    // 并移动指针到下一位置，直到其中一个指针超出序列尾
    while(l < lnums.size() && r < rnums.size()){
    
    
        if(lnums[l] < rnums[r]){
    
    
            nums[k++] = lnums[l++];
        }else{
    
    
            nums[k++] = rnums[r++];
        }
    }
    // 将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾
    while(l < lnums.size()){
    
    
        nums[k++] = lnums[l++];
    }
    while(r < rnums.size()){
    
    
        nums[k++] = rnums[r++];
    }
}

void mergeSort(vector<int>& nums, int s, int e){
    
    
    if(s >= e){
    
    
        return;
    }

    int mid = (s + e)/2;
    // 向下拆分，独立进行，可以多线程
    // 疑问：为什么要用bind()，thread t1(mergeSort,std::ref(nums),s,mid);编译错误？
    // std::bind默认采用参数的拷贝而不是引用，用std::ref转化为引用
    thread t1(std::bind(mergeSort,std::ref(nums),s,mid));
    thread t2(std::bind(mergeSort,std::ref(nums),mid+1,e));
    t1.join();
    t2.join();
    // mergeSort(nums,s,mid);
    // mergeSort(nums,mid+1,e);
    // 向上合并
    merge(nums,s,mid,e);
}

vector<int> sortArray(vector<int>& nums) {
    
    
    // 归并排序
    vector<int> arr = nums; // 为了不改变原数组
    mergeSort(arr,0,arr.size()-1);
    return arr;
}

int main(){
    
    
    vector<int> nums{
    
    10,9,8,7,2,3,4,5,6,1,0}, re;
    re = sortArray(nums);
    for(int num:re){
    
    
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}