最大堆调整(heapify)是从某非叶子节点出发向下比较交换以维护最大堆性质的过程,需从最后一个非叶子节点(索引n/2−1)开始逆序调用,时间复杂度O(log n)。

什么是堆排序中的最大堆调整(heapify)
堆排序的核心是维护一个最大堆:每个节点的值都不小于其子节点。所谓 heapify,就是从某个非叶子节点出发,向下比较并交换,确保以该节点为根的子树满足最大堆性质。它不是一次性建好整个堆,而是逐个“修复”局部结构。
关键点在于:只有当父节点违反堆序(即小于任一子节点)时才触发交换,并且交换后需递归检查被换下去的节点是否仍满足堆序——否则堆结构会断裂。
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heapify的时间复杂度是O(log n),因为最多下沉到叶子层 - 必须从最后一个非叶子节点开始向上调用,即从索引
(n / 2) - 1开始(数组下标从 0 起) - 左子节点索引是
2 * i + 1,右子节点是2 * i + 2,父节点是(i - 1) / 2
如何手写 C++ 版本的 heapify 函数
标准库没有暴露底层 heapify 接口,std::make_heap 内部虽用类似逻辑,但不可见。要理解原理或定制行为(比如支持自定义比较器、调试堆状态),必须自己实现。
下面是最简可用的递归版 heapify,适用于 vector 或原生数组:
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void heapify(vector& arr, int n, int i) { int largest = i; int left = 2 * i + 1; int right = 2 * i + 2; if (left zuojiankuohaophpcn n && arr[left] youjiankuohaophpcn arr[largest]) largest = left; if (right zuojiankuohaophpcn n && arr[right] youjiankuohaophpcn arr[largest]) largest = right; if (largest != i) { swap(arr[i], arr[largest]); heapify(arr, n, largest); // 继续下沉 }}
注意:
n是当前考虑的堆大小(可能小于容器总长),i是起始下标。若用于排序,后续还要做「堆顶弹出 + 末尾补位 + 再次 heapify」两步循环。构建初始最大堆的常见错误
新手常犯的错是正向遍历所有元素调用
heapify,或者从下标 0 开始向下调整——这会导致部分子树从未被检查,堆结构不成立。正确做法只处理非叶子节点,且必须**从后往前**:
- 叶子节点无需调整(它们没有子节点)
- 最后一个非叶子节点索引 =
arr.size() / 2 - 1(整数除法)- 若用
for (int i = n/2 - 1; i >= 0; i--),别漏掉i == 0- 若用
size_t类型循环变量,i >= 0永真,会导致无限循环——务必用有符号类型如int构建代码示例:
void buildMaxHeap(vector& arr) { int n = arr.size(); for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) { heapify(arr, n, i); } } 堆排序完整流程与性能陷阱
堆排序分两阶段:建堆(
O(n)) + 反复取最大值并重堆(O(n log n))。虽然理论稳定,但实际中 cache 不友好、非稳定排序、常数因子大,所以一般不用它替代std::sort。真正需要注意的是边界细节:
- 每次把堆顶
arr[0]和末尾arr[i]交换后,新堆大小变为i(不是i-1),所以下次heapify(arr, i, 0)- 循环应从
int i = n - 1降到1(不是0),因为单元素天然有序- 如果数据含重复值,堆排序不稳定——相同值的相对位置可能改变,这点和
std::stable_sort本质不同最后一句提醒:如果你只是想排个数组,直接用
std::make_heap+std::sort_heap更安全;只有当你需要观察堆中间状态、或嵌入实时数据流做动态堆管理时,才值得手动实现heapify。











