模仿 Go Sort 排序接口实现的自定义排序

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最近在使用 Go 语言实现一些简单的排序算法时，发现无法实现一个支持多种类型的排序方法，当然实现一个 int 类型的排序算法是简单的。例如下面的选择排序：

func SelectionSort(arr []int, length int)  {
    for i := 0; i < length; i++ {
        minIndex := i
        for j := i + 1; j < length; j++ {
            if arr[j] < arr[j - 1] {
                minIndex = j
            }
        }
        arr[i], arr[minIndex] = arr[minIndex], arr[i]
    }
}

但是如何实现一个方法，可以对字母排序、按照结构体内数据排序... 呢？

我首先想到的当然是 interface 类型，将 int 替换成 interface 就可以了吗？实际是不行的，Go 语言对于类型的要求非常严格，因为程序无法判断 interface 具体是什么数据类型，所以它也不知道该怎么比较一个未知的数据类型，这会导致一个运行时错误。

对 interface 的断言也是行不通的，因为我们也不知道会传入什么数据类型，又怎么判断要断言为什么数据类型呢。

然后我就想到了 Go 自带的 sort 排序包，发现自定义数据类型的排序需要实现对应的接口。以下内容与此文章类似，有部分参考的内容。

Interface 接口

既然 Go 不知道怎么排序未知的数据类型，我们自己来定义比较的规则不就可以了吗？Go 的 sort 包正是这样实现的。

// A type, typically a collection, that satisfies sort.Interface can be
// sorted by the routines in this package. The methods require that the
// elements of the collection be enumerated by an integer index.
type Interface interface {
    // Len is the number of elements in the collection.
    Len() int
    // Less reports whether the element with
    // index i should sort before the element with index j.
    Less(i, j int) bool
    // Swap swaps the elements with indexes i and j.
    Swap(i, j int)
}

Less() 解决的就是问题的症结，我们可以自己定义比较的逻辑。

示例

以下内容是展示如何使用这个接口。

自定义排序的结构体

这里定义了一个学生的数据结构，我们将对所有的学生进行排序，学生包含他的姓名以及成绩，排序的规则是按照学习的成绩排序。

type Student struct {
    Name  string
    Score int
}
type Students []Student

实现排序的接口

func (s Students) Len() int {
    return len(s)
}

// 在比较的方法中，定义排序的规则
func (s Students) Less(i, j int) bool {
    if s[i].Score < s[j].Score {
        return true
    } else if s[i].Score > s[j].Score {
        return false
    } else {
        return s[i].Name < s[i].Name
    }
}

func (s Students) Swap(i, j int) {
    temp := s[i]
    s[i] = s[j]
    s[j] = temp
}

实现排序逻辑

Go 提供了基于快排实现的排序方法，这里为了体验为什么 Go 这么定义 Interface 接口，我使用了选择排序的方法代替 Go 的快排。

func Sort(s sort.Interface) {
    length := s.Len()
    for i := 0; i < length; i++ {
        minIndex := i
        for j := i + 1; j < length; j++ {
            if s.Less(j, i) {
                minIndex = j
            }
        }
        s.Swap(minIndex, i)
    }
}

在这个排序中，我使用了接口中定义的三个方法： Len(),Less(),Swap()。最重要的还是 Less()，没有它程序就不知道如何去比较两个未知元素的大小。

重写输出

为了更好的输出学生的信息，重写学生的字符串输出格式

func (s Student) String() string {
    return fmt.Sprintf("Student: %s %v", s.Name, s.Score)
}

测试输出

通过以下程序测试我们的排序算法

func main() {
    arr := []int{10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1}
    SelectionSort(arr, len(arr))

    fmt.Println(arr)

    students := student.Students{}

    students = append(students, student.Student{"D", 90})
    students = append(students, student.Student{"C", 100})
    students = append(students, student.Student{"B", 95})
    students = append(students, student.Student{"A", 95})
    Sort(students)

    for _, student := range students {
        fmt.Println(student)
    }
}

以下是输出结果：

[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]
Student: D 90
Student: A 95
Student: B 95
Student: C 100

总结

查看 sort 包的官方文档，可以看到对 Float64，int， String 的结构体和接口实现，他们的原理跟上文描述其实都是一样的，只不过是扩展包替我们预先封装了这些常用的数据类型而已。

实际排序时，优先使用官方提供的 Sort 方法，这里只是为了练习才自己实现了一个选择排序。