std::ranges::next_permutation, std::ranges::next_permutation_result

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受约束算法
不修改序列的操作
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排序操作
二分搜索操作
集合操作(在已排序范围上)
堆操作
最小/最大操作
排列
ranges::next_permutation
未初始化存储上的操作
返回类型
 
在标头 <algorithm> 定义
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>
    constexpr ranges::next_permutation_result<I>

      next_permutation(I first, 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>
    constexpr ranges::next_permutation_result<ranges::borrowed_iterator_t<R>>

      next_permutation(R&& r, Comp comp = {}, Proj proj = {});
(2) (C++20 起)
辅助类型
template<class I>
  using next_permutation_result = ranges::in_found_result<I>;
(3) (C++20 起)
1) 将范围 [first, last) 变换到下个排列,其中所有排列的集合词法上相对于比较函数对象 comp 和投影函数对象 proj 定序。若存在“下个排列”则返回 {last, true} ;否则将范围变换到词法上的首个排列,如同用 ranges::sort(first, last, comp, proj) ,并返回 {last, false}
2)(1) ,但以 r 为源范围,如同以 ranges::begin(r)first 并以 ranges::end(r)last

此页面上描述的仿函数实体是 niebloid,即:

实际上,它们能以函数对象,或者某些特殊编译器扩展实现。

参数

first, last - 重排的元素范围
r - 重排的元素范围
comp - 若第一参数小于第二个则返回 true 的比较函数对象
proj - 应用到元素的投影

返回值

1) 若新排列词法上大于旧者则为 ranges::next_permutation_result<I>{last, true} 。若抵达最后的排列并重置范围为首排列则为 ranges::next_permutation_result<I>{last, false}
2)(1) ,除了返回类型为 ranges::next_permutation_result<ranges::borrowed_iterator_t<R>>

异常

任何从迭代器操作或元素交换抛出的异常。

复杂度

至多交换 N/2 次,其中 N 在情况 (1) 中为 ranges::distance(first, last) ,在情况 (2) 中为 ranges::distance(r) 。在整个重排序列中,典型实现平均每次调用使用 3 次比较和 1.5 次交换。

注解

实现(例如 MSVC STL )可能在迭代器类型实现 contiguous_iterator ,并且交换其值类型不调用非平凡的特殊成员函数或 ADL 所找到的 swap 时启用向量化。

可能的实现

struct next_permutation_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>
      constexpr ranges::next_permutation_result<I>
        operator()(I first, S last, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const {
            // 检查序列是否拥有至少二个元素
            if (first == last)
                return {std::move(first), false};
            I i_last {ranges::next(first, last)};
            I i {i_last};
            if (first == --i)
                return {std::move(i_last), false};
            // 主“重排”循环
            for (;;) {
                I i1 {i};
                if (std::invoke(comp, std::invoke(proj, *--i), std::invoke(proj, *i1))) {
                    I j {i_last};
                    while (!std::invoke(comp, std::invoke(proj, *i), std::invoke(proj, *--j)))
                    { }
                    std::iter_swap(i, j);
                    std::reverse(i1, i_last);
                    return {std::move(i_last), true};
                }
                // 耗尽重排“空格”
                if (i == first) {
                    std::reverse(first, i_last);
                    return {std::move(i_last), false};
                }
            }
        }
 
  template<ranges::bidirectional_range R, class Comp = ranges::less,
           class Proj = std::identity>
    requires std::sortable<ranges::iterator_t<R>, Comp, Proj>
      constexpr ranges::next_permutation_result<ranges::borrowed_iterator_t<R>>
        operator()(R&& r, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const {
          return (*this)(ranges::begin(r), ranges::end(r),
                         std::move(comp), std::move(proj));
        }
};
 
inline constexpr next_permutation_fn next_permutation{};

示例

#include <algorithm>
#include <array>
#include <compare>
#include <functional>
#include <iostream>
#include <string>
 
struct S {
    char c;
    int i;
    auto operator<=>(const S&) const = default;
    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const S& s) {
        return os << "{'" << s.c << "', " << s.i << "}";
    }
};
 
auto print = [](auto const& v, char term = ' ') {
    std::cout << "{ ";
    for (const auto& e: v) { std::cout << e << ' '; }
    std::cout << '}' << term;
};
 
int main()
{
    std::cout << "Generate all permutations (iterators case):\n";
    std::string s{"abc"};
    do { print(s); } while(std::ranges::next_permutation(s.begin(), s.end()).found);
 
    std::cout << "\n" "Generate all permutations (range case):\n";
    std::array a{'a', 'b', 'c'};
    do { print(a); } while(std::ranges::next_permutation(a).found);
 
    std::cout << "\n" "Generate all permutations using comparator:\n";
    using namespace std::literals;
    std::array z{ "█"s, "▄"s, "▁"s };
    do { print(z); } while(std::ranges::next_permutation(z, std::greater()).found);
 
    std::cout << "\n" "Generate all permutations using projection:\n";
    std::array<S, 3> r{ S{'A',3}, S{'B',2}, S{'C',1} };
    do { print(r, '\n'); }
    while(std::ranges::next_permutation(r, {}, &S::c).found);
}

输出:

Generate all permutations (iterators case):
{ a b c } { a c b } { b a c } { b c a } { c a b } { c b a }
Generate all permutations (range case):
{ a b c } { a c b } { b a c } { b c a } { c a b } { c b a }
Generate all permutations using comparator:
{ █ ▄ ▁ } { █ ▁ ▄ } { ▄ █ ▁ } { ▄ ▁ █ } { ▁ █ ▄ } { ▁ ▄ █ }
Generate all permutations using projection:
{ {'A', 3} {'B', 2} {'C', 1} }
{ {'A', 3} {'C', 1} {'B', 2} }
{ {'B', 2} {'A', 3} {'C', 1} }
{ {'B', 2} {'C', 1} {'A', 3} }
{ {'C', 1} {'A', 3} {'B', 2} }
{ {'C', 1} {'B', 2} {'A', 3} }

参阅

产生某个元素范围的按字典序下一个较小的排列
(niebloid)
确定一个序列是否为另一序列的重排
(niebloid)
产生某个元素范围的按字典顺序的下一个较大的排列
(函数模板)
产生某个元素范围的按字典顺序的下一个较小的排列
(函数模板)
判断一个序列是否为另一个序列的排列
(函数模板)