macOS和Linux下qsort（）结果的无法解释的差异

Question

我最近有一个学生在他们的比较器中写道：

int comparator (const void *p, const void *q) {
    const data_t *indexp = *(data_t **)p;
    const data_t *indexq = *(data_t **)q;
    return indexp->index > indexq->index;
}

在Ubuntu 16.04 LTS下，这没有问题，但是在macOS下运行时无法正确排序。 只需将>更改为-就足以使其在两个平台上均起作用。

那么，这是怎么回事？ 我唯一能想到的是，不平等意味着-1值的损失，但是显然qsort() Linux（或GCC）实现不受影响？

怎么会这样

编辑：

我想检查这是否是特定于编译器的，因此我在Ubuntu 16.04下使用clang进行了编译，并且没有变化，在那儿工作得很好。 因此，我认为libc与macOS（BSD libc？）中实际的qsort()实现有关，这导致了这种情况的发生。 我真的很想知道那是什么！

Answer 1

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不必指出OP中的比较器功能不正确，而使用它是未定义的行为。 尽管如此，询问它如何工作仍然很有趣。

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尽管与qsort的接口需要一个比较器函数，该函数返回一个整数，提供三个可能的返回值，但没有任何要求qsort实现使用所有这些信息。 它可能总是执行相同的简单双向分支。 这将类似于C ++标准库sort函数 ，该函数的比较器返回一个布尔值，如果第一个参数严格小于第二个参数，则返回true。

当然，您学生的比较器函数将永远不会指示第一个参数严格小于第二个参数，这会给测试看起来像这样的实现带来问题：

if (*cmp(p, q) < 0) ...

但是，如果比较器始终被调用为：

if (*cmp(p, q) > 0) ...

（或等效地， <= ），则您学生的比较器将正常工作。

由于glibc是开源的，一旦找到正确的排序函数，就很容易验证。 但是，一切都不尽如人意。 有一个名为qsort.c的源文件（在stdlib目录中），该文件实现了quicksort算法（ 不是大多数现代的std::sort实现所使用的introsort算法），在该文件中，我们可以看到严格一致比。 例如，从主内部循环 ：

while ((*cmp) ((void *) left_ptr, (void *) mid, arg) < 0)
  left_ptr += size;
while ((*cmp) ((void *) mid, (void *) right_ptr, arg) < 0)
  right_ptr -= size;

（函数中还有许多其他比较，但是它们都具有相同的形式。）

因此，这与您的学生的比较器根本不起作用。 但是，事实证明，那不是qsort通常调用的函数。 qsort实际上在文件msort.c定义，该文件实现了合并排序。 合并排序功能执行的测试少于或等于。 例如：

 if ((*cmp) (b1, b2, arg) <= 0)

合并排序实现不是就地执行，这会更慢； 它需要临时内存。 这可能是个问题，因为即使没有可用的临时内存， qsort应该可以工作。 因此， qsort的实际实现开始于尝试确定是否有足够的物理内存可用。 （为了避免交换，它需要物理内存，而不是交换空间。还要记住，Linux进行了乐观分配，因此malloc成功的事实并不一定意味着分配的虚拟内存地址实际上是可用的。）在这里，它已经进行了计算所需的必要临时空间（ size ），并使用sysconf来询问主机有多少物理内存。 （它将这个值除以四，这样就不会占用所有的物理内存。）

/* If the memory requirements are too high don't allocate memory.  */
if (size / pagesize > (size_t) phys_pages)
  {
    _quicksort (b, n, s, cmp, arg);
    return;
  }

因此，如果合并排序将需要太多内存，则它会推迟到_quicksort ，这恰好是我在qsort.c引用的函数。

综上所述：

• 如果要排序的数组不太大，则有问题的比较器函数将与glibc的qsort实现一起使用。

• 如果数组太大，排序将失败。

相比之下，BSD qsort实现确实使用所有三个比较器返回值。 在其内部循环中 ，我们看到：

    while (pb <= pc && (cmp_result = CMP(thunk, pb, a)) <= 0) {
        if (cmp_result == 0) {
            swap_cnt = 1;
            swap(pa, pb);
            pa += es;
        }
        pb += es;
    }
    while (pb <= pc && (cmp_result = CMP(thunk, pc, a)) >= 0) {
        if (cmp_result == 0) {
            swap_cnt = 1;
            swap(pc, pd);
            pd -= es;
        }
        pc -= es;
    }

也有调用比较器找到枢轴的方法。 这些都是<形式的，因此它们也会产生错误的答案。 但是，并不是所有的东西都丢失了； 对于非常小的向量（少于七个元素），它改用插入排序，而插入排序循环使用严格的大于比。

Answer 2

使用>确实是一个错误。 此操作只会产生0或1的结果。使用-是正确的方法。

它对一个起作用但对另一个不起作用的原因很可能是由于排序列表最初是如何排序的。 如有疑问，请在Linux上通过Valgrind运行代码。