[C++] vectorで文字列をソートする方法

Q: std::sortはどのようなアルゴリズムを使用していますか？

std::sortは、C++標準ライブラリの一部であり、内部的にはイントロソート(Introsort)というアルゴリズムを使用しています。 イントロソートは、クイックソート、ヒープソート、挿入ソートを組み合わせたハイブリッドソートアルゴリズムです。 クイックソートをベースにしつつ、最悪の時間計算量を避けるためにヒープソートに切り替える仕組みを持っています。 これにより、平均的に高速でありながら、最悪の場合でもO(n log n)の時間計算量を保証します。

Q: ソートの際にエラーが発生するのはなぜですか？

ソートの際にエラーが発生する原因はいくつか考えられます。 まず、比較関数が正しく実装されていない場合、特に反射性や推移性が満たされていないと、std::sortが正しく動作しないことがあります。 また、ソート対象のデータが不正な状態である場合や、メモリ不足が原因でエラーが発生することもあります。 例：bool compare(const T& a, const T& b) { return a < b; }のように、比較関数が正しく定義されているか確認してください。

Q: vector以外のコンテナでも同様にソートできますか？

std::sortは、ランダムアクセスイテレータをサポートするコンテナで使用できます。 したがって、vector以外にもstd::arrayやstd::dequeなどのコンテナで使用可能です。 しかし、std::listのようなランダムアクセスイテレータをサポートしないコンテナではstd::sortを使用できません。 その場合は、std::list専用のsortメンバ関数を使用する必要があります。 例：std::list<int> myList; myList.sort();のように、listのメンバ関数を利用してください。

2024-08-29

C++でvectorに格納された文字列をソートするには、標準ライブラリのstd::sort関数を使用します。

まず、#include <vector>と#include <algorithm>をインクルードします。

次に、ソートしたいvectorを用意し、std::sort関数を呼び出します。

std::sortは、vectorの開始イテレータと終了イテレータを引数に取ります。

デフォルトでは、文字列は辞書順にソートされます。

カスタムの比較関数を指定することで、異なる順序でソートすることも可能です。

この記事でわかること

std::sortを使用した基本的なソート方法とその実装例
辞書順や大文字小文字を区別しないソートの実現方法
カスタム比較関数を用いた複数条件でのソートの手法
ソート結果を別のvectorに保存する方法と重複を削除する手順
vector以外のコンテナでのソートの可否とその方法

目次から探す

ソートの基本

ソートアルゴリズムの概要

ソートアルゴリズムは、データを特定の順序に並べ替えるための手法です。

一般的なソートの目的は、データを昇順または降順に整列させることです。

ソートアルゴリズムには、バブルソート、クイックソート、マージソートなど、さまざまな種類があります。

それぞれのアルゴリズムは、データの特性やサイズに応じて異なる効率性を持ちます。

C++では、標準ライブラリを利用することで、これらのソートを簡単に実装することができます。

C++でのソートの方法

C++では、標準ライブラリに含まれるstd::sort関数を使用して、簡単にデータをソートすることができます。

この関数は、内部で効率的なアルゴリズムを使用しており、一般的にはクイックソートやヒープソートが用いられます。

std::sortは、指定した範囲の要素を並べ替えることができ、デフォルトでは昇順にソートされます。

std::sort関数の使い方

std::sort関数は、C++の<algorithm>ヘッダーに含まれており、以下のように使用します。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
int main() {
    std::vector<std::string> words = {"りんご", "みかん", "バナナ", "ぶどう"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(words.begin(), words.end());
    // std::sortを使用してベクトルを昇順にソート
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

ぶどう みかん りんご バナナ

この例では、std::sortを使用して、文字列のベクトルを昇順にソートしています。

デフォルトではひらがな < カタカナであるため、ひらがな・カタカナを考慮せずにソートする場合は、一度全てひらがなに変換したリストを用意するなど、独自のアルゴリズムが必要です。

std::sortは、ベクトルの開始位置と終了位置を引数として受け取り、その範囲内の要素を並べ替えます。

ソート後、forループを使って結果を出力しています。

vectorで文字列をソートする手順

std::sortを使った基本的なソート

C++のstd::sort関数を使用することで、vector内の文字列を簡単にソートすることができます。

std::sortは、デフォルトで昇順にソートを行います。

以下の例では、文字列のvectorを昇順にソートしています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
int main() {
    std::vector<std::string> fruits = {"りんご", "みかん", "バナナ", "ぶどう"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(fruits.begin(), fruits.end());
    // std::sortを使用してベクトルを昇順にソート
    for (const auto& fruit : fruits) {
        std::cout << fruit << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

ぶどう みかん りんご バナナ

このコードでは、std::sortを使用して、fruitsベクトルを昇順にソートしています。

辞書順でのソート

std::sortを使用すると、デフォルトで辞書順にソートされます。

辞書順とは、アルファベット順や五十音順のように、文字列を文字コードに基づいて並べ替える方法です。

以下の例では、辞書順でソートされた結果を示しています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
int main() {
    std::vector<std::string> animals = {"ねこ", "いぬ", "うさぎ", "とり"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(animals.begin(), animals.end());
    // std::sortを使用してベクトルを辞書順にソート
    for (const auto& animal : animals) {
        std::cout << animal << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

いぬ うさぎ ねこ とり

この例では、animalsベクトルが辞書順にソートされています。

大文字と小文字を区別しないソート

大文字と小文字を区別せずにソートするには、カスタムの比較関数を使用します。

以下の例では、std::transformを使ってすべての文字を小文字に変換し、比較を行っています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
#include <cctype> // std::tolowerを使用するために必要
bool caseInsensitiveCompare(const std::string& a, const std::string& b) {
    std::string lowerA = a;
    std::string lowerB = b;
    std::transform(lowerA.begin(), lowerA.end(), lowerA.begin(), ::tolower);
    // 文字列aを小文字に変換
    std::transform(lowerB.begin(), lowerB.end(), lowerB.begin(), ::tolower);
    // 文字列bを小文字に変換
    return lowerA < lowerB;
    // 小文字に変換した文字列を比較
}
int main() {
    std::vector<std::string> words = {"Apple", "banana", "Cherry", "apricot"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(words.begin(), words.end(), caseInsensitiveCompare);
    // 大文字小文字を区別しないソートを実行
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

Apple apricot banana Cherry

このコードでは、caseInsensitiveCompare関数を使用して、大文字と小文字を区別せずにソートを行っています。

std::transformを用いて、各文字列を小文字に変換し、その結果を比較しています。

カスタムソートの実装

カスタム比較関数の作成

カスタムソートを行うためには、独自の比較関数を作成する必要があります。

比較関数は、2つの要素を引数に取り、最初の要素が2番目の要素よりも小さい場合にtrueを返すように実装します。

以下は、文字列の長さに基づいてソートするためのカスタム比較関数の例です。

#include <string>
// 文字列の長さで比較する関数
bool compareByLength(const std::string& a, const std::string& b) {
    return a.length() < b.length();
    // 文字列aの長さが文字列bの長さより小さいかを返す
}

この関数は、文字列の長さを基準にして、短い文字列が前に来るようにソートします。

比較関数をstd::sortに適用する方法

作成したカスタム比較関数をstd::sortに適用することで、独自の基準でソートを行うことができます。

以下の例では、先ほど作成したcompareByLength関数を使用して、文字列の長さでソートしています。

#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
// 文字列の長さで比較する関数
bool compareByLength(const std::string& a, const std::string& b) {
    return a.length() < b.length();
    // 文字列aの長さが文字列bの長さより小さいかを返す
}

int main() {
    std::vector<std::string> fruits = {"Hello", "Goodbye", "OK", "Okay"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(fruits.begin(), fruits.end(), compareByLength);
    // カスタム比較関数を使用してベクトルをソート
    for (const auto& fruit : fruits) {
        std::cout << fruit << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

OK Okay Hello Goodbye

このコードでは、compareByLength関数をstd::sortに渡すことで、文字列の長さに基づいてソートを行っています。

ソート順を逆にする方法

ソート順を逆にするには、std::sortに渡す比較関数を変更するか、std::greaterを使用することができます。

以下の例では、文字列の長さで逆順にソートするための比較関数を作成しています。

#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
// 文字列の長さで逆順に比較する関数
bool compareByLengthDescending(const std::string& a, const std::string& b) {
    return a.length() > b.length();
    // 文字列aの長さが文字列bの長さより大きいかを返す
}

int main() {
    std::vector<std::string> fruits = {"Hello", "Goodbye", "OK", "Okay"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(fruits.begin(), fruits.end(), compareByLengthDescending);
    // カスタム比較関数を使用してベクトルをソート
    for (const auto& fruit : fruits) {
        std::cout << fruit << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

Goodbye Hello Okay OK

このコードでは、compareByLengthDescending関数を使用して、文字列の長さで逆順にソートしています。

比較関数を変更することで、ソートの順序を簡単に逆にすることができます。

応用例

複数の条件でソートする

複数の条件でソートを行う場合、カスタム比較関数を工夫することで実現できます。

例えば、文字列の長さでソートし、同じ長さの場合は辞書順でソートする例を示します。

#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
#include <iostream>
#include <vector>
// 複数の条件で比較する関数
bool compareByLengthAndAlphabet(const std::string& a, const std::string& b) {
    if (a.length() == b.length()) {
        return a < b;
        // 長さが同じ場合は辞書順で比較
    }
    return a.length() < b.length();
    // 長さで比較
}
int main() {
    std::vector<std::string> words = {"もも", "みかん", "さくらんぼ", "ぶどう",
                                      "ますかっと"};
    // 文字列のベクトルを作成
    std::sort(words.begin(), words.end(), compareByLengthAndAlphabet);
    // 複数の条件でソート
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
        // ソートされた結果を出力
    }
    return 0;
}

もも ぶどう みかん さくらんぼ ますかっと

このコードでは、文字列の長さでソートし、同じ長さの場合は辞書順でソートしています。

ソート結果を別のvectorに保存する

ソート結果を別のvectorに保存するには、元のvectorをコピーしてからソートを行います。

以下の例では、元のvectorを保持しつつ、ソートされた結果を新しいvectorに保存しています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // std::sortを使用するために必要
int main() {
    std::vector<std::string> original = {"りんご", "みかん", "バナナ", "ぶどう"};
    // 元のベクトルを作成
    std::vector<std::string> sorted = original;
    // 元のベクトルをコピーして新しいベクトルを作成
    std::sort(sorted.begin(), sorted.end());
    // コピーしたベクトルをソート
    std::cout << "元のベクトル: ";
    for (const auto& word : original) {
        std::cout << word << " ";
        // 元のベクトルを出力
    }
    std::cout << "\nソートされたベクトル: ";
    for (const auto& word : sorted) {
        std::cout << word << " ";
        // ソートされたベクトルを出力
    }
    return 0;
}

元のベクトル: りんご みかん バナナ ぶどう 
ソートされたベクトル: ぶどう みかん りんご バナナ

このコードでは、元のvectorをコピーしてソートし、ソート結果を別のvectorに保存しています。

ソート後に重複を削除する

ソート後に重複を削除するには、std::uniqueとeraseを組み合わせて使用します。

以下の例では、ソートされたvectorから重複を削除しています。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // std::sortとstd::uniqueを使用するために必要
int main() {
    std::vector<std::string> words = {"りんご", "みかん", "バナナ", "ぶどう", "りんご", "バナナ"};
    // 重複を含むベクトルを作成
    std::sort(words.begin(), words.end());
    // ベクトルをソート
    auto last = std::unique(words.begin(), words.end());
    // 重複を削除し、重複のない範囲の終端を取得
    words.erase(last, words.end());
    // 重複を削除した範囲以降を削除
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
        // 重複を削除した結果を出力
    }
    return 0;
}