数组的 sort() 方法详解

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！

在上一篇文章中，我们简单介绍了 arr.sort() 方法的基本使用：

const arr = [49, 5, 14, 89, 71, 3, 10];

// 一般写法
arr.sort(function (a, b) {
    return a - b;   // 按照升序排列 
});

// 箭头函数
arr.sort((a, b) => a - b);

// 结果  [3, 5, 10, 14, 49, 71, 89]

用归用，照葫芦画瓢不难，大家日常也是这么写的，没毛病！但是如果对一个方法不进行深入研究，那么就很容易踩坑，并且常常会填不了坑！

今天，我们重点聊聊比较函数 compareFunction 相关的知识。

为了接下来的思路能够更顺畅，在学习比较函数之前，我们先来了解一下有关插入排序的原理。

插入排序

插入排序（Insertion-Sort）的算法描述是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。

算法描述：

一般来说，插入排序都采用 in-place 在数组上实现：

• 从第一个元素开始，该元素可以认为已经被排序；
• 取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描；
• 如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置；
• 重复步骤3，直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置；
• 将新元素插入到该位置后；
• 重复步骤2~5。

动图演示：

其实可以用一句话总结：从数组中第二个元素起（第一个元素已默认排序），每个元素都充当一次游标值，依次和它前面的（已排序）的元素相比较，如果游标值小，则将拿来比较的元素向后移一位，继续向前比较；否则，将游标值插入比较值的后面，结束比较。

关于比较函数 compareFunction

如果想要 sort() 方法按照一定的规则进行排序（比如数字大小），那么就需要给它指定比较函数 compareFunction。

如果指明了 compareFunction ，那么数组会按照调用该函数的返回值排序，它有两个参数 a 和 b，返回值如下：

• 如果 compareFunction(a, b) 小于 0 ，那么 a 会被排列到 b 之前。
• 如果 compareFunction(a, b) 等于 0 ， a 和 b 的相对位置不变。
• 如果 compareFunction(a, b) 大于 0 ， b 会被排列到 a 之前。
• compareFunction(a, b) 必须总是对相同的输入返回相同的比较结果，否则排序的结果将是不确定的。

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compareFunction 初步探究

我们暂不做什么复杂的分析，先使用控制台打印一下看看 a 和 b 到底是什么：

const arr = [49, 5, 14, 89, 71, 3, 10];
console.log(arr);
let times = 0;
let res = [];
arr.sort((a, b) => {
    res.push({times, a, b, "a - b": a - b});
    times++;
    return a - b;
});
console.log(res);
console.log(arr);

执行结果如下：

通过上图，我们可以看到：

• a 的值在按照原数组中的顺序依次变化，这个排序采用的应该是插入排序法。
• a 代表的应该是游标。
• 从 b 值的变化上又可以看出，a 首次找位置时采用了二分法，a < b 则向前比较， a>b 则向后比较。

那么，其机理到底是不是我们所看到这样一个过程，还需要再探究。

compareFunction 深入探究

要想弄清楚一个问题，还有什么比从根源上着手效率更高的呢？所以我们追根溯源，先来扒一扒 v8引擎 的源码，看看它内部到底是怎么实现 sort 接口的。

下面的源码来自7.2版本之前的 v8，该版本之后的数组排序实现变化较大，暂不予讨论。

其中 array.js 文件下，关于 sort 接口实现的代码如下：

function InnerArraySort(array, length, comparefn) {
    // In-place QuickSort algorithm.
    // For short (length <= 22) arrays, insertion sort is used for efficiency.

    if (!IS_CALLABLE(comparefn)) {
        comparefn = function (x, y) {
            if (x === y) return 0;
            if (% _IsSmi(x) && % _IsSmi(y)) {
                return % SmiLexicographicCompare(x, y);
            }
            // 将数组元素转换为字符串
            x = TO_STRING(x);
            y = TO_STRING(y);
            if (x == y) return 0;
            else return x < y ? -1 : 1;
        };
    }
    var InsertionSort = function InsertionSort(a, from, to) {
        for (var i = from + 1; i < to; i++) {
            var element = a[i];
            for (var j = i - 1; j >= from; j--) {
                var tmp = a[j];
                // 调用比较函数 a: tmp, b: element
                var order = comparefn(tmp, element);
                if (order > 0) {
                    a[j + 1] = tmp;
                } else {
                    break;
                }
            }
            a[j + 1] = element;
        }
    };

    /*** some code here **/ 

    var QuickSort = function QuickSort(a, from, to) {
        /*** some code here **/ 
    };
}

function ArraySort(comparefn) {
      CHECK_OBJECT_COERCIBLE(this, "Array.prototype.sort");

      var array = TO_OBJECT(this);
      var length = TO_LENGTH(array.length);
      return InnerArraySort(array, length, comparefn);
}

// 源码我就不放了，大家有兴趣研究的话，可以点击上面的链接自行查看

代码分析：

1. v8 中实现 sort() 方法时，采用了 ”插入排序“ 和 ”快速排序“ 两种排序方式。
2. 对于短数组（长度 <= 22）来说，插入排序效率更高。
3. 如果没有传入 comparefn ，则生成一个 comparefn 比较函数。
4. 在自动生成的比较函数中，会将传入的数组元素通过 TO_STRING 方法转换为字符串，再行比较。
5. 对比比较函数中的 b 为游标值，这一点和最新版的 chrome 浏览器表现不同。

我们在 sort 方法中传入的函数用在了这里：

var order = comparefn(tmp, element);

根据我们传入函数的返回值，数组进行排序操作：

if (order > 0) {
    a[j + 1] = tmp;
} else {
    break;
}

• 如果返回值（a-b）大于0，即 a > b, 则将当前拿来比较的值 a 复制给它的下一位，并继续使用游标值 b 向前进行比较。
• 如果返回值小于等于 0 ，则结束比较，并将游标值 b 填在最后一次比较值 a 的后面。

总结

不管是旧版本还是最新版本的 v8，它们的 sort() 方法的返回结果都没有发生变化，只是内部的实现机理有了改变（肯定是向着更优的方向改变）。

为了是 sort() 的返回结果符合预期，我们给它传入了一个函数作为比较规则。

在比较函数中，因 v8 版本不同，实现机制有差异，导致它的参数意义也不大相同，所以我们暂时无需关心它里面参数的具体含义。

比较函数如果写完全的话，应该是：

arr.sort((a,b) => {
    const res = a - b;
    return res > 0 ? 1 : (res < 0 ? -1 : 0 );
});

即比较函数的返回值严格来说只有三个：-1、0 和 1 。

我们主需要记住 return a - b 是升序排列，return b - a 是降序排列即可。

~本文完

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