归并排序

public class Solution {
// 归并排序

/**
* 列表大小等于或小于该大小，将优先于 mergeSort 使用插入排序
*/
private static final int INSERTION_SORT_THRESHOLD = 7;

public int[] sortArray(int[] nums) {
int len = nums.length;
int[] temp = new int[len]; //临时辅助数组
mergeSort(nums, 0, len - 1, temp);
return nums;
}

/**
* 对数组 nums 的子区间 [left, right] 进行归并排序
*
* @param nums
* @param left
* @param right
* @param temp 用于合并两个有序数组的辅助数组，全局使用一份，避免多次创建和销毁
*/
private void mergeSort(int[] nums, int left, int right, int[] temp) {
// 小区间使用插入排序
if (right - left <= INSERTION_SORT_THRESHOLD) {
insertionSort(nums, left, right);
return;
}

int mid = left + (right - left) / 2;
// Java 里有更优的写法，在 left 和 right 都是大整数时，即使溢出，结论依然正确
// int mid = (left + right) >>> 1;

mergeSort(nums, left, mid, temp);
mergeSort(nums, mid + 1, right, temp);
// 如果数组的这个子区间本身有序，无需合并
if (nums[mid] <= nums[mid + 1]) {
return;
}
mergeOfTwoSortedArray(nums, left, mid, right, temp);
}

/**
* 对数组 arr 的子区间 [left, right] 使用插入排序
*
* @param arr 给定数组
* @param left 左边界，能取到
* @param right 右边界，能取到
*/
private void insertionSort(int[] arr, int left, int right) {
for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
int temp = arr[i];
int j = i;
while (j > left && arr[j - 1] > temp) {
arr[j] = arr[j - 1];
j--;
}
arr[j] = temp;
}
}

/**
* 合并两个有序数组：先把值复制到临时数组，再合并回去
*
* @param nums
* @param left
* @param mid [left, mid] 有序，[mid + 1, right] 有序
* @param right
* @param temp 全局使用的临时数组
*/
private void mergeOfTwoSortedArray(int[] nums, int left, int mid, int right, int[] temp) {
System.arraycopy(nums, left, temp, left, right + 1 - left);

int i = left;
int j = mid + 1;

for (int k = left; k <= right; k++) {
if (i == mid + 1) {
nums[k] = temp[j];
j++;
} else if (j == right + 1) {
nums[k] = temp[i];
i++;
} else if (temp[i] <= temp[j]) {
// 注意写成 < 就丢失了稳定性（相同元素原来靠前的排序以后依然靠前）
nums[k] = temp[i];
i++;
} else {
// temp[i] > temp[j]
nums[k] = temp[j];
j++;
}
}
}
}