qsort函数详解以及模拟实现

一.qsort函数是什么

这里会使用到函数指针，如果还不太了解的话可以看看这篇博客指针进阶

qsort全称为quick_sort（快速排序），为什么这么称呼呢？因为它实现的内核就是依靠快排来实现的。但与单纯的快排不同的是，它是库函数并且可以排序任意类型的数据（整数，字符，结构体，字符串…）。

接下来再MSDN里详细看看它的全貌

可以看到它的头文件是stdlib.h，并且参数很多接下来会详细解析。

base

第一个参数是base，在MSDN里的解释是Start of target array。也就是目标数组的开始。

第一个参数传目标数组的起始位置。

num

第二个参数是num，在MSDN里的解释是Array size in elements。也就是数组的大小。

第二个参数传数组的大小。

第三个参数是width，在MSDN里的解释是Element size in bytes。也就是每个成员的大小。

第三个参数是每个元素占的字节大小。

第四个参数是一个函数指针指向compare。在MSDN里的解释是Comparison function。也就是比较功能。

第四个参数传一个函数指针，它所指向的函数要具备比较功能。

二.具体的使用

1.参数4（参数3在模拟实现时解释）

关于函数的参数，参数1，2自然不必多说（要排序自然得知道起始位置和数组大小）。对于参数4，如果我们只需要比较整形，我们自然可以只是向上面的冒泡排序一样直接使用大于比较，但如果是一个字符串呢？如果是一个结构体呢？那么我们当然不能简单的用大于小于这些符号来比较，我们需要自己写一个判断规则，这就是参数4的意义。明确判断规则。也是qsort能排序任意类型数据的关键。

详细说明参数4需要的参数

1.e1是你需要比较元素的第一个元素的地址，e2是另一个元素的地址。
2.两个参数的类型都是const void *
3.const是为了防止参数在函数内部被改变
4.void*是无具体类型的指针（下面重点说明一下）

但对于这个函数来说肯定是需要接收不同类型的指针的，各。void*是通用指针。好处是可以接收各种指针，坏处是不能直接解引用，因为连它自己都不知道自己是什么类型。

2.例子

1.排序整形

上面说到void*不能直接解引用，所以需要我们进行强制转换。这样才能够使用。ps:由于参数4是函数指针，所以我们应该传函数地址，函数名就表示函数地址。

这个函数总得有返回值吧，来看看MSDN。

如果第一个元素小于第二个元素，返回一个小于0的数。如果相等则返回0；如果大于，则返回大于0的数。那么我们就按照它的要求书写。

来看看结果。

当然以上是升序，如果想要降序的话直接调个方向就可以了。

2.排序结构体

首先按照年龄排成升序

可以看到确实按照年龄的升序来排列的。

按照名字来排列

名字是字符串不能直接使用减号，需要用到strcmp。它是按照对应位置字符大小来比较的。

我们知道该函数需要返回数字，而恰好strcmp满足这个要求。所以我们只需要直接返回strcmp就可以了（注意头文件是string.h）。

由于l

总结：需要排列什么数据取决于参数4所指向的函数如何判断。

三.模拟实现qsort

上文提到qsort是依托快排实现的，但由于快排有些复杂，这里就使用冒泡排序作为内核。（如果还有些不明白的可以看看这篇博客 冒泡排序）

这是一个简易的冒泡排序，它也能够排列数据。但与qsort不同的是，它只能排列整数。所以接下来我要改造它，使它能够排列任意数据。（ps：这里目前不考虑时间，空间，稳定性之类的）。

上文说过，qsort能排列任意数据，关键在于你写的判断函数，也就是参数4。所以我们也应当对冒泡排序的判断条件进行修改。将它封装为一个函数。

既然我们要模拟qsort，那么参数也应当于qsort保持一致。ps:为什么要传这些参数，开头已经说过，但参数3还未说过，接下来讲解为什么要传每个元素的宽度。

1.参数3

1.首先我们第一个参数是void * ，也就是我们根本不知道到底传递的是什么类型，我们需要参数3来确定是哪种类型。
2.方便我们找到每个元素（具体使用请看模拟过程）

2.模拟排序

再次说明参数4是函数指针，它所指向的函数就是我们所写的判断规则，再根据cmp的返回值，如果大于0我们就交换两个数据。接下来的关键是我们如何给cmp传参，也就是我们如何精确的找到这两个元素，然后进行判断。

冒泡排序的内核是相邻两个元素两两进行比较，所以我们com里也应该两两相邻元素进行比较。由于我们根本不知道数据类型，不能使用下标来算，需要用地址来间接寻找，这也体现出了参数3的作用。

接下来是如何交换，由于类型不明，我们肯定不能直接交换。但是无论什么元素它的单位都是字节，那么我们可以一个字节一个字节的交换，写一个交换函数挨个交换它们的字节。

以上就是模拟实现的qsort，任意数据都可以排序，接下来来验证一下。

1.排整形

2.排结构体

按年龄

按名字

总结：由于qsort需要适合各种类型，所以我们传参除了部分明确的外都是void。qsort如何精确的找到两个数依赖于数据的地址。不同类型数据的比较方法是不同的，所以需要我们自己写判断规则。

以下是判断结构体学生名字的全部代码

void Swap(char* buf1, char* buf2, int width)//由于我们已经强转为char*了，这里就已经明确类型了
{
	for (int i = 0; i < width; i++)
	{
		char tmp = *buf1;
		*buf1 = *buf2;
		*buf2 = tmp;
		buf1++;
		buf2++;
	}
}


void bubble_sort(void*base,size_t sz,size_t width,int(*cmp)(const void*e1,const void*e2))
{
	size_t i = 0;
	size_t j = 0;
	size_t tmp = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{                                        
		for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			if (cmp((char*)base+j*width,(char*)base+(j+1)*width)>0)
			{                                                      
				Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);//要交换字节，除了两个元素外肯定还得知道它们的大小
			}
		}
	}
}

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
};
int cmp_stu_name(const void* e1, const void* e2)
{
	return strcmp(((struct stu*)e1)->name, ((struct stu*)e2)->name);
}

int main()
{
	struct stu s[3] = { {"zhangsan",20},{"lisi",40},{"wangwu",33} };
	bubble_sort(s, 3, sizeof(s[0]), cmp_stu_name);

	return 0;
}