引言

在本篇文章中，将继续介绍一种排序算法：归并排序。
归并排序运用了归并的思想，即将两个有序数列归并为一个有序数列。在前面的合并两个有序链表时，运用了这种思想：戳我看归并实现合并两个有序链表（方法二）

归并排序

思路

归并排序需要一块与数组大小相同的空间，用于临时存储归并后的数据；

排序时，先将整个数组平分为两份，再分为4份……以此类推，直到不能再平分后（区间只剩一个元素）；
向上归并，即将两个区间归并到临时空间中的对应位置；
再将临时数组中对应区间中已经排序好的数据拷回原数组；
一直向上归并，直到排序完成。
（需要注意的是，这里的平分不是同时进行的，在递归中，是一条线一条线进行的。左边递归到头后，返回给上一级，继续递归倒数第二层的右边，右边到底返回到上一级，执行最底层左右区间的归并。归并结束后返回到倒数第三层，然后递归该层的右边……）

在这里插入图片描述

递归实现

与快排的递归模式不同，快排是对最大的区间操作完成后，向下递归，对左右区间进行操作，直到排序结束；而归排是先递归到最小区间，再向上归并。所以在实现快排时，每层的操作在前，函数递归在后；而快排是递归在前，每层的操作在后；

函数有4个参数：原数组、区间的左右下标、临时空间。
初始传给函数的参数为整个数组，向下递归，当begin>=end时，return结束递归；
创建midi，记录区间的中间位置，再将左右区间分别递归；

之后实现对区间的操作：
首先用 begin1 、end1 、begin2 、end2记录要归并区间的左右区间的始末下标，并用k记录要归并的区间在临时空间temp中的对应起始位置；
然后将左右区间归并到temp的对应位置；
最后将temp对应空间中的数据拷贝回来：

在这里插入图片描述

对于归并的过程，即将两个区间中的数据依次比较，将较小的元素尾插到临时空间中：

在这里插入图片描述

void _MergeSort(int* a, int begin, int end, int* temp)
{
	if (begin >= end)
	{
		return;
	}
	int midi = (begin + end) / 2;
	_MergeSort(a, begin, midi, temp);
	_MergeSort(a, midi+1, end, temp);
	
	int begin1 = begin, end1 = midi;
	int begin2 = midi+1, end2 = end;
	int k = begin1;
	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
	{
		if (a[begin1] < a[begin2])
		{
			temp[k++] = a[begin1++];
		}
		else
		{
			temp[k++] = a[begin2++];
		}
	}
	while (begin1 <= end1)
	{
		temp[k++] = a[begin1++];      
	}
	while (begin2 <= end2)
	{
		temp[k++] = a[begin2++];
	}

	memcpy(a + begin, temp + begin, sizeof(int)*(end - begin + 1));
}

void MergeSort(int* a, int n) //递归实现
{
	int left = 0;
	int right = n - 1;
	int* temp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	if (temp == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
	_MergeSort(a, left, right, temp);
	free(temp);
}

归排非递归

思路

非递归实现归排时，与快排不同，不用记录上一层的区间，将某个区间归并后，转回原数组即可。所以我们只需要将数组分组，归并每两组的值，每组元素的数量从1开始，每次循环后，每组元素个数乘2，直到大于数组长度循环结束；

每层循环内，需要将这一层中，两个为一组的区间全部归并完成，并将这些数据转回原数组中：

（图）

实现

实现非递归时，首先动态开辟一块临时空间temp；
然后，创建gap为每层中每个需要归并区间的元素个数，并初始化为1；

外层while循环控制gap的值，大于等于数组的元素个数时，循环结束；
内层for循环控制每层中要归并的分组（两个元素个数为gap的小区间为一组归并）：
左区间的起始位置begin1为i，结束位置end1为begin1+gap-1；右区间的起始位置begin2为end1+1，结束位置end2为begin2+gap-1；k为对应在temp中的起始位置下标；
然后需要判断的是，这组区间是否越界。由于for循环只是控制了i<n，即begin1<n，所以end1、begin2、end2都有可能越界；
当end1或begin2越界时，说明这组（左右）区间已经少了一个区间，不用归并了。当end2越界时，说明一组左右区间是存在的，需要归并，将end2改为数组最后一个元素的下标即可；

然后对左右区间进行归并，归并到temp中的对应位置；
每组（左右）区间归并后，就将数组拷回原数组：
【需要注意的是，由于之前的end2是可能越界的，所以不能直接拷贝2*gap个数据回去，而应该为end2-i+1个数据】

在这里插入图片描述

void MergeSortNonR2(int* a, int n) //非递归实现（分别转移）
{
	int gap = 1;
	int* temp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	if (temp == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}

	while (gap < n)
	{
		for (int i = 0; i < n; i += (gap * 2))//每层
		{
			int begin1 = i, end1 = begin1 + gap - 1;
			int begin2 = end1 + 1, end2 = begin2 + gap - 1;
			int k = begin1;

			//判断是否越界（如果越界，直接break跳过归并）
			if (end1 >= n || begin2 >= n)
			{
				break;
			}
			else if (end2 >= n)
			{
				end2 = n - 1;
			}

			while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
			{
				if (a[begin1] < a[begin2])
				{
					temp[k++] = a[begin1++];
				}
				else
				{
					temp[k++] = a[begin2++];
				}
			}
			while (begin1 <= end1)
			{
				temp[k++] = a[begin1++];
			}
			while (begin2 <= end2)
			{
				temp[k++] = a[begin2++];
			}

			memcpy(a + i, temp + i, (end2 - i + 1) * sizeof(int));//每次归并都转移
		}

		gap *= 2;//走向下一层
	}
}