C语言版--单链表排序，冒泡排序，选择排序，插入排序，快速排序，应有尽有，保证看懂，没有bug!交换节点版本！

一.废话不多说，直接上代码。如果想看双向循环链表的朋友，可以在我的博客里找。

你好

#include 
#include 

typedef struct node
{
    int data;
    struct node *next;
}node;

//生成一个节点
node *initList(void)
{
    node *new = malloc(sizeof(node));

    if(!new)
    {
        printf("malloc fail!\n");
        return NULL;
    }

    new->data = 0;
    new->next = NULL;

    return new;
}

//头插法
void head_insert(node *head, node *new)
{
    new->next = head->next;
    head->next = new;
}

//遍历
node *traverse(node *head)
{
    for(node *p = head->next; p; p = p->next)
    {
        printf("%d ", p->data);
    }

    printf("\n");
}


//冒泡排序，最优版本
void bubble_sort(node *head)
{
    int flag;
    node  *p, *prev, *tail;

    tail = NULL;   //tail以及tail后面的是排好序的元素，第一次还没有排好，所以为NULL
    
    while(1)
    {
        flag = 1;   //flag用来标志是否已经排好序

        //每次从head->next开始遍历，直到tail结束, prev是p的前驱节点
        for(prev = head, p = head->next; p && p->next != tail; prev = prev->next)
        {
            //交换后，p已经移动到后面，不需要再遍历下一个
            if(p->data > p->next->data)
            {
                flag = 0;      //修改flag=0，标志本轮循环交换过
                prev->next = p->next;    //弹出p节点
                p->next = p->next->next; //插入p节点
                prev->next->next = p;    //原来的p->next已经修改，需要用prev->next代替
            }
            else //没有交换就继续遍历下一个
            {
                p = p->next;
            }
        }
        
        printf("本轮排序移动出的最大值：%d\n", p->data);
        traverse(head);   显示每一轮排序结果

        if(flag)   //如果内层循环中都没有交换过，则所有节点都已经是排好序的
        {
            printf("冒泡排序结束！\n");
            break;
        }

        tail = p;  //tail向前移一个，tail以及tail后面的是排好序的元素
    }
}

//选择排序,初级版本
void choose_sort1(node *head)
{
    node *p, *q, *max, *prior;
    
    p = malloc(sizeof(node));  //生成一个p节点
    p->next = head->next;      //p取代head
    head->next = NULL;         //head是空链表
    
    while(p->next)
    {
        prior = p;
        max = prior->next;

        for(q = max; q->next; q = q->next)
        {
            if(max->data < q->next->data)
            {
                max = q->next;
                prior = q;
            }
        }
        
        //从p链表中弹出一个最大的节点，用头插法插入到head链表中
        prior->next = max->next;  
        max->next = head->next;
        head->next = max;
    }

    free(p);
}

//选择排序,最优版本
void choose_sort(node *head)
{
    node *q, *min, *prev, *tail;
    
    //tail及tail前面是排好序的，每次从tail后面选出一个最小值，插入到tail前面，直到等于NULL结束
    //要额外保证p->next!=NULL,因为内层循环q=p->next; 用q->next来判断是否为空,可能会越界
    for(tail = head; tail && tail->next; tail = tail->next)
    {
        //prev是min的前驱节点，q用来遍历，从min->next直到head链表最后一个
        for(prev = tail, min = tail->next, q = tail->next; q->next; q = q->next)
        {
            if(min->data > q->next->data) //找到一个更小的节点，就记录
            {
                min = q->next;     
                prev = q;         //单链表要额外记录min的前驱节点
            }
        }

        printf("本轮排序选择出的最小值：%d\n", min->data);
        if(min != tail->next)   //如果找到比min更小的节点，就插入到p后面
        {
            prev->next = min->next;
            min->next = tail->next;
            tail->next = min;
        }

        traverse(head);   //显示每一轮排序结果
    }
}

//插入排序，最优版本
void insert_sort(node *head)
{
    //头结点是空的或者表是空的或者表只有一个节点时候不用排
    if(!head || !head->next||!head->next->next) 
    {
        return;
    }

    node *p, *q, *tail;

    //head->next->next开始遍历，tail及tail前面的是排好序的,p是本轮待插入值, p是NULl时结束
    for(tail = head->next, p = tail->next; p; p = tail->next)
    {
        //从head->next开始遍历，直到tail结束
        for(q = head; q != tail; q = q->next)
        {
            if(p->data < q->next->data) //把插入后结束本次遍历
            {
                tail->next = p->next;

                p->next = q->next;
                q->next = p; 
                break;
            }
        }

        printf("本轮排序插入值：%d, ", p->data);

        if(tail == q)   //在tail前面没有插入，就下移
        {
            printf("已处于插入位置\n");
            tail = tail->next;
        }
        else
        {
            //p已经处于插入位置，显示时需要用p->next->data
            printf("插入到%d的前面\n", p->next->data);
        }

        traverse(head);  //显示每一轮排序结果
    }
}

//快速排序的每一次划分
node *partition(node *head, node *tail)
{
    //头结点是空的或者表是空的或者表只有一个节点时候不用排
    //已经在调用函数前判断好了，进来的链表都是至少有两个元素的
    node *p, *prev, *basic; 

    basic = head->next;  //basic是基准点

    //从baisc后面开始遍历，找到比baisc小的就插入到head后面，直到tail结束，prev是p的前驱节点
    //这里head可以理解为本次待划分的链表的头结点，tail是链表的最后一个节点的下一个可以理解为NULL
    for(prev = basic, p = basic->next; p && p != tail; p = prev->next)
    {
        if(basic->data > p->data)  //用头插入法把所有比baisc小插入到head后面
        {
            prev->next = p->next;
            p->next = head->next;
            head->next = p;
        }
        else  //没有找到比basic小的就一直后移，prev与p同时后移
        {
            prev = prev->next;  
        }
    }

    return basic;  
}

//快速排序
void quick_sort(node *head, node *tail)
{
    //头结点是空的或者表是空的或者表只有一个节点时候不用排
    //tail是链表的结束点，一开始等于NULL,后面等于basic
    if(!head || head->next == tail || head->next->next == tail)
    {
        return ;
    }
   
    //baisc前的节点都比basic小，baisc后的节点都比baisc大
    node *basic = partition(head, tail);  
    printf("本次划分节点：%d\n", basic->data);

    quick_sort(head, basic); //把head->next到basic前一个进行递归排序
    quick_sort(basic, tail); //从basic->next到tail前一个进行递归排序
}

int main(void)
{
    int i, len;
    node *head, *new, *p, *q;

    printf("请输入单链表的长度: ");
    scanf("%d", &len);

    head = initList();
    head->data = len;

    printf("请输入元素：");
    for(int i = 0; idata);
        head_insert(head, new);
    }

    printf("请选择排序方式，1.选择排序 2.冒泡排序 3.插入排序 4.快速排序: ");
    scanf("%d", &i);
    
    printf("排序前:\n");
    traverse(head);
    switch(i)
    {
        case 1:
            choose_sort(head);
            break;
        
        case 2:
            bubble_sort(head);
            break;

        case 3:
            insert_sort(head);
            break;

        case 4:
            quick_sort(head, NULL);
            break;
    }

    printf("由小到大排序后:\n");
    traverse(head);
    
    return 0;
}

       

温馨提示：

        如果复制时发现有缩进报错，后者空格报错等问题，以VScode为例，可以按Ctrl+F，复制一个报错的空格，然后替换成一个手打的空格键，具体操作可以搜搜，可以看我的博客。

具体截图：以 12 34 78 56 23 99 34 12 45 76为例，其他朋友可以自己举

选择排序

冒泡排序

插入排序

快速排序

二.代码分析

        如果你认真看完上述的代码和注释，那么，我可以大概率保证你基本可以看懂了单链表的排序，其实也不难，就是在关键步骤和控制条件。下面来仔细分析每个排序的关键步骤和控制条件。

冒泡排序

        思路：冒泡排序就是从首元结点开始，左右两两比较大小，以从小到大排序为例，如果比后面一个的节点大，就交换，然后继续往后比较，直到到达已经排好的元素为止。

        特点：每一轮冒泡排序结束后，总会把最大的节点放到最后面，不断的往前移，直到头结点，就结束了。

        注意的地方：单链表的交换，不同于数组的交换，单链表的交换后，以p和q为例，p在q的前面，如果p->data > q->data,就交换p和q节点，交换后p已经处于下一次待交换的位置，所以不需要在p = p->next了，否则会漏了一个没排，出错，需要特别注意!

        优化地方：1.设置flag，来标志链表中的元素是否已经是排好序的，因为这里做可以用一次循环判断出链表中的元素是否已经排好，而不用进行无用的多层循环。2.设置一个tail，来指明后面的节点是排好的，当遍历到tail时，就结束本轮循环，同时tail前移一个。

选择排序

        思路：选择排序就是每次从未排好的节点中，通过遍历比较大小的方法，选择出一个最小的（以从小到大排为例），然后插入到排好的后面，这样，每轮循环就可以选出一个最小的，直到全部插入完为止。

        特点：跟插入排序很像，但两者略有不同，选择排序先选出最小的，然后直接插入到排好元素的后面，而插入排序是直接选出一个节点，然后通过和排好的元素进行比较大小来插入到合适的位置。

        注意的地方：以从小到大排为例，采用尾插法应该是每次选取最小的，如果采用头插法应该是每次选取最大的。

        优化地方：如果这个节点本来就处于待插入地方，即当前最小的，就不需要交换了，直接进行下一轮。写了两版本的一个是生成一个p节点来取代head头结点, 然后直接把每次选择出的节点直接插入到后面，然后再重新让head取代p指向排好序的节点。另外一个版本的是设置一个tail标志，之所以说有点像插入排序，就是体现在这里了。

插入排序

        思路：插入排序就是每次直接从未排好序的节点中拿一个出来，一般是下一个；然后在排好序的节点中通过遍历的方法来比较应该插入到的位置，直到插完为止。

        特点：直接选一个插入，不像选择排序那样，先选了，再插入。

        注意的地方：需要设置标志tail来指明已经排好的节点的界限，遍历查找插入位置时，遇到tail，说明待插入节点是已经排好的节点中最大的，不需要插入，同时tail要后移一个。

        优化地方：tail标志和直接插入。

快速排序

        思路：每次选中一个基准点，然后从基准点后面开始遍历，如果找到比基准点小节点（以从小到大排为例），就插入到基准点前面，直到链表的尾部，结束。这样每一次划分后，处于基准点前面的节点都比基准点小，处于基准点后面的节点都比基准点大。然后分别递归划分基准点前的节点和后的节点。

        特点：每次划分结束后能找到一个基准点，可以看成是中位数，然后递归。有点像二分查找，跟一颗二叉树差不多。

        注意的地方：第一次传参数时，传head(头节点）和NULL。而且需要严格控制退出条件，头结点为空，或者没有节点，或者只有一个节点时，不用排，直接返回。

        优化的地方：没啥好讲的，还有另外一种划分方法，就是数组常用的，就是往中间靠的方法，一个head和tail,如果head

三.总结

        单链表的排序相比数组的排序来说，是相对困难的，主要是在元素方面，数组不用考虑什么，直接交换元素，而链表相对灵活，一般是交换节点。如果你写的链表是用交换元素的方式的，我只能说，你写了假的的链表排序，因为你抛弃了链表的灵魂。链表的交换节点一般是插入的方法，头插后者尾插，同时还得记录一下前驱节点的位置，笔者为了优化算法，下了很大功夫，在排序中尽量在记录前驱节点的同时，尽量少记录待交换节点（前驱节点的下一个节点）。

        如果你会写单链表的排序，那么我可以说，你一定会写双向循环链表的排序，因为基本可以直接复制过来，只是把判断链表最后一个节点的条件由NULL改成head而已，因为循环嘛，最后一个节点的下一个就是头结点了，而单链表的最后一个节点的下一个就是NULL了。

        想看双向循环链表的朋友可以去我的博客里看。最后希望朋友你可以给我一个点赞，收藏，评论和转发，你们的支持是我最大的动力。如果有讲错的地方，请朋友大胆指出，谢谢！毕竟刚开始写博客。绝对原创！