C语言冒泡排序法&Qsort函数与自定义实现（八大排序之二）

目录

冒泡排序原理

冒泡排序代码

库函数中的Qsort函数

• qsort函数原型
• 各个参数的说明

Qsort函数自定义实现

• 1、先定义出一个void bubble_sort函数，四个参数
• 2、自定义的函数体
• 3、if语句内的条件、Swap函数的参数

自定义类似Qsort函数代码

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冒泡排序原理

 是一种较简单的排序算法，依次比较相邻元素，如果顺序错误则进行调换（A ~ Z，或数字），算法的核心在于依次比较，依次调换位置

冒泡排序升序： 

如：3，1，4，2

升序后：1，2，3，4

第一批比较：

3>1，所以1和3互换：1，3，4，2

3<4，所以3和4位置不变

4>2，所以4和2互换：1，3，2，4

第一批比较完毕，调换了3次。此时最大数4已经放在了最末尾，所以4不再进行比较排序。

第二批比较：

1<3，所以1和3位置不变

3>2，所以2和3交换：1，2，3，4

到此，其实结果已经出来了，但是根据冒泡排序原理：

第一批是将4放在了末尾，第二批是将3放在了倒数第二位。所以还剩下1和2没有排序。

第三批比较：

1<2：所以1和2位置不变。

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从简单的1，2，3，4序列进行冒泡排序的理解。

我们可以得知：n个数的第一批进行n-1次比较排序。

（所以最外层是n-1次循环）

for(int i =1; i

对于内层分析：

第一批：n-1次比较循环

第二批：n-2次比较循环

...

第i批：n-i次比较循环

for(int i=1;i

 j的范围

j从0开始：数组下标从0开始

进行第i次循环：n-i

因为是num[j]和num[j+1]进行比较，所以要保证 j+1 不越界

所以j+1

j

冒泡排序代码

#include 
#define N 10
void print(int* parr)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(parr + i));
	}
}
void Bubble_Sort(int num[], int n)
{
    int flag = 1;
	for (int i = 0; i < N-1; i++)//有10个元素，则循环9次
	{
		for (int j = 0; j < N - 1 - i; j++)//N-1表示末端元素下标，因为后续有j+1，所以j不取等
		{
			if (num[j] > num[j + 1])//从0号元素开始，相邻进行比较
			{
				int temp = num[j];
				num[j] = num[j + 1];
				num[j + 1] = temp;
                flag = 0;
			}
		}
        if(flag) break;
	}
}

int main()
{
	//相邻两个元素进行比较，大的放后面。n个元素比较n-1次
	int arr[N] = { 12,33,4,57,9,100,123,32,87,98 };

	printf("原数顺序：>");
	print(arr);

	Bubble_Sort(arr, N);

	printf("\n冒泡排序后顺序：>");
	print(arr);

	return 0;
}

 如果要进行降序的冒泡排序，只需要把if中的大于号改成小于号即可：

void Reverse_Bubble(int num[], int n)
{
	for (int i = 1; i < N; i++)//有10个元素，则循环9次
	{
		for (int j = 0; j < N - 1 - i; j++)//N-1表示末端元素下标，因为后续有j+1，所以j不取等
		{
			if (num[j] < num[j + 1])//从0号元素开始，相邻进行比较
			{
				int temp = num[j];
				num[j] = num[j + 1];
				num[j + 1] = temp;
			}
		}
	}
}

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库函数中的Qsort函数

qsort函数（quick sort）C语言编译器函数库自带的排序函数；

包含在C 标准库 - 中。

对一维数组、二维数组、字符串、结构体、结构体中的字符串等等进行快速排序。

qsort函数原型

 

各个参数的说明

base：将首元素的地址传给qsort函数，确定开始排序的位置。 

num：排序元素的个数。

size：排序的元素的（大小），单位是字节。由于qsort函数可以排序大部分类型的数据，输入数据类型，将void*强制类型转化为int*或char*等，由此导致了qsort函数的普适性。

自定义compar函数：你需要告诉qsort函数，你需要如何进行比较，进行升序排列还是降序排列，如何自定义一个compar函数即可。用来比较待排序数据中两个元素的大小。

返回值：

1、后一个元素更大：返回值小于0

2、两个元素一样大：返回值等于0

3、前一个元素更大：返回值大于0

qsort函数使用示例1（数字排列）：>

#include 
#include    

int arr[] = { 2, 3, 6, 5, 4, 1 };//要排序的数组
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//数组元素个数

int compare(const void* a, const void* b)
{
	return (*(int*)a - *(int*)b);
}

int main()
{
	int n;
	qsort(arr, sz, sizeof(int), compare);
	for (n = 0; n < 6; n++)
		printf("%d ", arr[n]);

	return 0;
}//输出结果：>  1 2 3 4 5 6
//如果需要降序，只需将compare函数中return改为b-a的形式即可

 qsort函数使用示例2（结构体成员按照序号排列&按照名字排列）：>

#include 
#include    
struct Stu
{
	char name[20];
	int num;
};
int sort_by_num(const void* a, const void* b)//使用const增加常属性，防止比较的数据被改变
{
	return ((struct Stu*)a)->num - ((struct Stu*)b)->num;
}
int sort_by_name(const void* a, const void* b)
{
	return strcmp(((struct Stu*)a)->name, ((struct Stu*)b)->name);
}
int main()
{
	struct Stu s[] = { {"一号",1},{"四号",4},{"三号",3},{"五号",5},{"二号",2}};
	int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	printf("排序前：>\n");
	for (int i = 0; i < sz; i++)
		printf("%s %d  ", s[i].name, s[i].num);
	//按照序号排序
	qsort(s, sz, sizeof(s[0]), sort_by_num);
	printf("\n按照序号排序后：>\n");
	for (int i = 0; i < sz; i++)
		printf("%s %d  ", s[i].name, s[i].num);
    //按照名字排序（a~z）
    qsort(s, sz, sizeof(s[0]), sort_by_name);
	printf("\n按照序号排序后：>\n");
	for (int i = 0; i < sz; i++)
		printf("%s %d  ", s[i].name, s[i].num);
}

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Qsort函数自定义实现

模仿qsort函数的原型，自定义一个通用的冒泡排序bubble_sort：

1、自定义bubble_sort函数

2、自定义compare函数（下面简化为cmp函数）

3、交换函数Swap（使用空瓶、异或操作符）

1、先定义出一个void bubble_sort函数，四个参数

2、自定义的函数体

//与冒泡排序原理相似，唯一的区别在于上述冒泡排序函数功能单一
    int i = 0;
    for (i = 0; i < sz - 1; i++)
    {
        int j = 0;
        for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
        {

                if(表达式大于0)
            {
                //条件满足则进行交换
                Swap(参数);

             }

         }

     }

3、if语句内的条件、Swap函数的参数

数据处理：

对于一个数组两个元素比较即： arr[ j ] 与 arr[ j+1 ]

在指针中就是：  *( arr+j ) 与 *( arr +j +1)

参照自定义函数写成： *(base +j) 与 *(base+j+1)

由于是void函数，类型大小用size表示，size表示类型大小（字节）

所以最终表述为：  (*base)+ j*size 与 (*base)+(j+1)*size

补充一下细节：

• 比较两个元素，传入两个元素的地址给cmp函数
• char是1byte，可以随意改变访问的跨度
• 加上一个元素所占字节就可以跳到下一个元素
• 所以用char*base表示首地址，由于是函数参数是void*
• 所以强制类型转换(char*)base表示数据首地址

if语句：将两个数据放入cmp函数中，判断返回值是否大于0

Swap函数：交换两个指针变量即可，下列代码用空瓶实现（优化可以用^进行交换）

void Swap(char* bu1, char* bu2, int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		char tmp = *bu1;
		*bu1 = *bu2;
		*bu2 = tmp;
		bu1++;
		bu2++;
	}
}
void bubble_sort(
				void* base,//第一个元素地址
				int sz,		  //元素个数
				int size,      //元素类型（大小）
				int(*cmp)(const void* a, const void* b)//自定义函数compare
				)
{
	int i = 0;
	//进行排序的趟数
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			if (cmp((char*)base+j*size,(char*)base+(j+1)*size) > 0)
			{
				//条件满足则进行交换
				Swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size,size);
			}
		}
	}
}

 代码看起来好像很复杂，是因为要交换的元素书写比较复杂，理解如下：

if ( cmp(参数1，参数2) > 0 )

Swap(参数1，参数2)

 最后，只需要将qsort函数注释掉，用bubble_sort函数进行实现即可，代码如下

自定义类似Qsort函数代码

//头文件引入
#include 
#include 
//函数声明
void Swap(char* bu1, char* bu2, int sz);
int cmp_int(const void* a, const void* b);
int cmp_by_num(const void* a, const void* b);
int cmp_by_name(const void* a, const void* b);
void bubble_sort(void* base, int sz, int size, int(*cmp)(const void* a, const void* b));
//结构体声明
struct Stu
{
	char name[20];
	int num;
};

//主函数
int main()
{
	int arr[] = { 2, 3, 6, 5, 4, 1 };//要排序的数组
	int sz_arr = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	//要排序的结构体成员
	struct Stu s[] = { {"一号",1},{"四号",4},{"三号",3},{"五号",5},{"二号",2} };
	int sz_s = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	printf("排序前的数组>\n");
	for (int i = 0; i < sz_arr; i++)
		printf("%d ", arr[i]);
	printf("\n排序前的结构体成员>\n");
	for (int i = 0; i < sz_s; i++)
		printf("%s %d  ", s[i].name, s[i].num);
	//开始排序
	bubble_sort(arr, sz_arr, sizeof(arr[0]), cmp_int);
	bubble_sort(s, sz_s, sizeof(s[0]), cmp_by_num);

	printf("\n排序后的数组：>\n");
	for (int i = 0; i < sz_arr; i++)
		printf("%d ", arr[i]);
	printf("\n按序号排序后的结构体成员>\n");
	for (int i = 0; i < sz_s; i++)
		printf("%s %d  ", s[i].name, s[i].num);
	bubble_sort(s, sz_s, sizeof(s[0]), cmp_by_name);
	printf("\n按字母名字排序后的结构体成员>\n");
	for (int i = 0; i < sz_s; i++)
		printf("%s %d  ", s[i].name, s[i].num);

}

//交换两个数据的函数
void Swap(char* bu1, char* bu2, int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		char tmp = *bu1;
		*bu1 = *bu2;
		*bu2 = tmp;
		bu1++;
		bu2++;
	}
}

//自定义int compare函数
int cmp_int(const void* a, const void* b)
{
	return (*(int*)a - *(int*)b);
}
int cmp_by_name(const void* a, const void* b)
{
	return strcmp(((struct Stu*)a)->name, ((struct Stu*)b)->name);
}
int cmp_by_num(const void* a, const void* b)
{
	return    ((struct Stu*)a)->num - ((struct Stu*)b)->num;
}

//自定义sort函数
void bubble_sort(
	void* base,//第一个元素地址
	int sz,		  //元素个数
	int size,      //元素类型（大小）
	int(*cmp)(const void* a, const void* b)//自定义函数compare
)
{
	int i = 0;
	//进行排序的趟数
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)
			{
				//条件满足则进行交换
				Swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);
			}
		}
	}
}

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