[Classic Sorting Algorithm] 5. Merge Sort

code show as below:

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 3, 5, 6, 2, 1, 9, 7};
        System.out.print("排序前：");
        arrPrint(arr);
        MergeSort(arr);
        System.out.print("排序后：");
        arrPrint(arr);
    }

    // 归并排序
    // 初始化临时数组temp，用于保存合并好的数组。调用归并排序递归函数mergeSort，
    // 左指针初始化为头索引0，右指针初始化为尾索引arr.length-1。
    private static void MergeSort(int[] arr) {
        int[] temp = new int[arr.length];
        mergeSort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
    }

    // 归并排序的递归函数
    // 输入为：待排序数组arr，左指针left，右指针right，临时数组temp。
    //
    // 递归函数终止条件为当左指针left >= 右指针right（即当无法再对半切分数组时），
    // 将取左右索引的中间位置mid=(left + right)/2，用于对半切分数组为左右子数组。
    // 之后mid将作为归并排序左子数组的终点，mid+1作为归并排序右子数组的起点。
    // 递归调用mergeSort，对左半边数组归并排序，得到有序左数组。
    // 递归调用mergeSort，对右半边数组归并排序，得到有序右数组。
    // 合并函数merge，在递归回来之后，合并两个有序的左右数组。
    private static void mergeSort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
        if (left < right) {
            int mid = (left + right) / 2;
            mergeSort(arr, left, mid, temp);
            mergeSort(arr, mid + 1, right, temp);
            merge(arr, left, mid, right, temp);
        }
    }

    // 合并函数
    // 合并两个有序子数组，定义l=left为左数组指针，r=mid+1为右数组指针。
    // 第一个while，双指针在左右数组遍历的元素将进行比对，将小的那个存入temp，
    // 存入之后temp指针t右移，存入元素的左右数组指针l/r右移。
    // 待左数组（右数组）存完了，右数组（左数组）数组执行第三个（第二个）while，
    // 将剩余元素存入temp。
    // 最后一个while将temp中所有元素复制入arr。
    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int l = left;
        int r = mid + 1; 
        int t = 0;
        while (l <= mid && r <= right) {
            if (arr[l] <= arr[r])
                temp[t++] = arr[l++];
            else
                temp[t++] = arr[r++];
        }
        while (l <= mid) {
            temp[t++] = arr[l++];
        }
        while (r <= right) {
            temp[t++] = arr[r++];
        }
        t = 0;
        while (left <= right) {
            arr[left++] = temp[t++];
        }
    }

    // 辅助函数：将int[] 打印出来
    private static void arrPrint(int[] arr) {
        StringBuilder str = new StringBuilder();
        str.append("[");
        for (int v : arr) {
            str.append(v + ", ");
        }
        str.delete(str.length() - 2, str.length());
        str.append("]");
        System.out.println(str.toString());
    }
}

Output

排序前：[3, 3, 5, 6, 2, 1, 9, 7]
排序后：[1, 2, 3, 3, 5, 6, 7, 9]

The animated demonstration of the example is as follows:

Merge sort (merge omitted):

merge function: