接下来我们详细解析 Python 中非常重要的内置函数 sorted()

1. 函数定义

sorted() 函数用于对任何可迭代对象进行排序，并返回一个新的排序后的列表。

• 语法：sorted(iterable, *, key=None, reverse=False)
• 参数：
• iterable：必需，要排序的可迭代对象（列表、元组、字符串、字典等）
• key：可选，指定排序规则的函数
• reverse：可选，布尔值，True 表示降序，False 表示升序（默认）
• 返回值：一个新的排序后的列表（不会修改原始对象）

2. 基本用法示例

数字排序

# 数字列表排序
numbers = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]
sorted_numbers = sorted(numbers)
print(sorted_numbers)  # 输出： [1, 1, 2, 3, 4, 5, 9]
print(numbers)         # 输出： [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2] (原列表不变)

# 降序排序
print(sorted(numbers, reverse=True))  # 输出： [9, 5, 4, 3, 2, 1, 1]

字符串排序

# 字符串列表按字母顺序排序
fruits = ['banana', 'apple', 'cherry', 'date']
print(sorted(fruits))  # 输出： ['apple', 'banana', 'cherry', 'date']

# 字符串本身排序（按字符ASCII码）
text = "python"
print(sorted(text))    # 输出： ['h', 'n', 'o', 'p', 't', 'y']
print(''.join(sorted(text)))  # 输出： 'hnopty'

不同类型的数据结构

# 元组排序（返回列表）
tuple_data = (5, 2, 8, 1)
print(sorted(tuple_data))  # 输出： [1, 2, 5, 8]

# 集合排序（返回列表）
set_data = {3, 1, 4, 1, 5}
print(sorted(set_data))    # 输出： [1, 3, 4, 5]

# 字典排序（默认按键排序）
dict_data = {'c': 3, 'a': 1, 'b': 2}
print(sorted(dict_data))       # 输出： ['a', 'b', 'c']
print(sorted(dict_data.items()))  # 输出： [('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)]

3. 高级用法：key参数

key 参数是 sorted() 函数最强大的功能，它允许你自定义排序规则。

按字符串长度排序

words = ['apple', 'banana', 'cherry', 'date', 'elderberry']

# 按字母顺序（默认）
print(sorted(words))  # 输出： ['apple', 'banana', 'cherry', 'date', 'elderberry']

# 按字符串长度排序
print(sorted(words, key=len))  # 输出： ['date', 'apple', 'banana', 'cherry', 'elderberry']

按字典的值排序

students = [
    {'name': 'Alice', 'score': 85},
    {'name': 'Bob', 'score': 92},
    {'name': 'Charlie', 'score': 78}
]

# 按分数排序
print(sorted(students, key=lambda x: x['score']))
# 输出： [{'name': 'Charlie', 'score': 78}, {'name': 'Alice', 'score': 85}, {'name': 'Bob', 'score': 92}]

# 按分数降序排序
print(sorted(students, key=lambda x: x['score'], reverse=True))
# 输出： [{'name': 'Bob', 'score': 92}, {'name': 'Alice', 'score': 85}, {'name': 'Charlie', 'score': 78}]

多级排序

# 先按长度排序，长度相同的按字母顺序
words = ['apple', 'banana', 'cherry', 'date', 'fig']
print(sorted(words, key=lambda x: (len(x), x)))
# 输出： ['fig', 'date', 'apple', 'banana', 'cherry']

# 先按分数降序，分数相同的按姓名升序
students = [
    {'name': 'Alice', 'score': 85},
    {'name': 'Bob', 'score': 92},
    {'name': 'Charlie', 'score': 85},
    {'name': 'David', 'score': 78}
]

print(sorted(students, key=lambda x: (-x['score'], x['name'])))
# 输出： [{'name': 'Bob', 'score': 92}, {'name': 'Alice', 'score': 85}, {'name': 'Charlie', 'score': 85}, {'name': 'David', 'score': 78}]

使用内置函数作为 key

# 忽略大小写排序
words = ['Apple', 'banana', 'CHERRY', 'date']
print(sorted(words, key=str.lower))  # 输出： ['Apple', 'banana', 'CHERRY', 'date']

# 按绝对值排序
numbers = [-5, 3, -1, 4, -2]
print(sorted(numbers, key=abs))  # 输出： [-1, -2, 3, 4, -5]

4. 与list.sort()方法的区别

这是一个非常重要的区别：

numbers = [3, 1, 4, 2]

# sorted() 用法
result = sorted(numbers)
print(result)   # 输出： [1, 2, 3, 4]
print(numbers)  # 输出： [3, 1, 4, 2] (原列表不变)

# list.sort() 用法
numbers.sort()
print(numbers)  # 输出： [1, 2, 3, 4] (原列表被修改)

5. 复杂对象排序

自定义类对象排序

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    
    def __repr__(self):
        return f"Person({self.name}, {self.age})"

people = [
    Person("Alice", 25),
    Person("Bob", 30),
    Person("Charlie", 20)
]

# 按年龄排序
print(sorted(people, key=lambda p: p.age))
# 输出： [Person(Charlie, 20), Person(Alice, 25), Person(Bob, 30)]

# 按姓名排序
print(sorted(people, key=lambda p: p.name))
# 输出： [Person(Alice, 25), Person(Bob, 30), Person(Charlie, 20)]

使用operator模块

import operator

people = [
    {'name': 'Alice', 'age': 25},
    {'name': 'Bob', 'age': 30},
    {'name': 'Charlie', 'age': 20}
]

# 使用 operator.itemgetter
print(sorted(people, key=operator.itemgetter('age')))
# 输出： [{'name': 'Charlie', 'age': 20}, {'name': 'Alice', 'age': 25}, {'name': 'Bob', 'age': 30}]

# 使用 operator.attrgetter（对于自定义对象）
class Product:
    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price
    
    def __repr__(self):
        return f"Product({self.name}, ${self.price})"

products = [Product("Laptop", 1000), Product("Mouse", 25), Product("Keyboard", 75)]
print(sorted(products, key=operator.attrgetter('price')))
# 输出： [Product(Mouse, $25), Product(Keyboard, $75), Product(Laptop, $1000)]

6. 性能考虑和最佳实践

1. 稳定性：sorted() 是稳定排序，相等元素的相对顺序保持不变
2. 时间复杂度：使用 Timsort 算法，平均和最坏情况都是 O(n log n)
3. 内存使用：返回新列表，需要额外内存空间

# 对于大数据集，考虑使用生成器表达式
large_data = (x for x in range(1000000))  # 生成器
sorted_data = sorted(large_data)  # 仍然需要将所有数据加载到内存

# 如果内存是瓶颈，考虑其他方法（如分批处理）

7. 实际应用场景

场景1：数据处理和分析

# 从CSV数据中提取并排序
data = [
    ('Alice', 'Engineering', 50000),
    ('Bob', 'Marketing', 45000),
    ('Charlie', 'Engineering', 55000),
    ('David', 'Sales', 40000)
]

# 按薪资降序排序
sorted_by_salary = sorted(data, key=lambda x: x[2], reverse=True)
print(sorted_by_salary)
# 输出： [('Charlie', 'Engineering', 55000), ('Alice', 'Engineering', 50000), ('Bob', 'Marketing', 45000), ('David', 'Sales', 40000)]

场景2：文件处理

# 按文件大小排序文件
import os

files = ['file1.txt', 'file2.txt', 'file3.txt']
# 假设这些文件存在并有不同大小
sorted_files = sorted(files, key=lambda f: os.path.getsize(f))
print(sorted_files)

8. 注意事项

1. 类型一致性：排序的元素必须是可比较的

# mixed = [1, 'a', 2]  # TypeError: '<' not supported between instances of 'str' and 'int'
# sorted(mixed)

2. 自定义排序函数：对于复杂排序，key 函数应该返回可比较的类型
3. 内存考虑：对于非常大的数据集，sorted() 可能不是最佳选择

总结

sorted() 是 Python 中最常用和强大的函数之一，它的灵活性和强大的 key 参数使其能够处理各种复杂的排序需求。