C语言-qsort函数详解及使用例

$qsort()$ 函数是C语言 srdlib.h 库中的排序函数。此函数使用快速排序算法，时间复杂度一般在 $O(lg(n))$ 。因此是一种强大的排序方法。本文即介绍 $qsort()$ 函数及其使用方法。

qsort()的参数

$qsort()$ 函数中共包含四个参数。此函数的声明为：

qsort(void * Base, size_t _NumOfElements, size_t _SizeOfElements, _CoreCrtNonSecureSearchSortCompareFunction _CompareFunction) 。

接下来我们分别解释这四个参数。

void * Base ：第一个参数，要求传入的参数是一个指针。这个指针应当指向待排序数组。

size_t _NumOfElements ：第二个参数，传入待排序的元素个数。

size_t _SizeOfElements ：第三个参数，传入待排序元素类型的大小。一般而言，我们可以使用 sizeof(num[0]) 来获取元素的大小。（ num 是待排序的数组）

_CoreCrtNonSecureSearchSortCompareFunction _CompareFunction ：第四个参数，要求传入一个函数指针，这个函数的作用是比较两个元素大小。

专门解释一下第四个参数。这个函数接受两个元素，我们需要确定这两个元素之间的大小（通过返回值的正负确定）。qsort() 函数提供了排序的算法，我们需要做的就是提供元素间的比较方法。

qsort()的使用

最简单的，先从对两个整型排序说起：

#include 
#include 
int num[100];
int n;
int cmp(const void* a, const void* b){
	int* pa = (int*)a;
	int* pb = (int*)b;
	return *pa - *pb;
}
int main(){
	scanf("%d", &n);
	for(int i = 0; i < n; i++)
		scanf("%d", &num[i]);
	qsort(num, n, sizeof(num[0]), cmp);
	for(int i = 0; i < n; i++)
		printf("%d ", num[i]);
	return 0;
}

对于 cmp() 这个比较函数，返回值和形式参数的声明是固定的。在比较的时候，我们需要首先将 const void* 类型的指针强制类型转换为我们需要的类型指针，之后再进行比较。返回值正负决定了 qsort() 的排序行为。

再举一个对二维数组排序的例子（对第一关键字进行升序排序，第一关键字相同时对第二关键字进行降序排序）。

#include 
#include 
int num[100][2];
int n;
int cmp(const void* a, const void* b){
	int* pa = (int*)a;
	int* pb = (int*)b;
	if(pa[0] != pb[0])
		return pa[0] - pb[0];//对第一关键字排序
	else
		return -(pa[1] - pb[1]);//对第二关键字排序
}
int main(){
	scanf("%d", &n);
	for(int i = 0; i < n; i++)
		scanf("%d%d", &num[i][0], &num[i][1]);
	qsort(num, n, sizeof(num[0]), cmp);
	for(int i = 0; i < n; i++)
		printf("%d %d\n", num[i][0], num[i][1]);
	return 0;
}

除此之外，我们也可以对自定义的结构体进行排序（对 $id$ 进行升序排序， $id$ 相同则对 $value$ 进行升序排序）：
对 double 类型的排序不能直接进行相减，而要用到三目运算符。在对大数字进行排序时，如果在对两个数字进行相减运算时可能会发生溢出，则也应该使用三目运算符的写法。

#include 
#include 
typedef struct Stu Stu;
struct Stu{
	int id;
	double value;
};
Stu num[100];
int n;
int cmp(const void* a, const void* b){
	Stu* pa = (Stu*)a;
	Stu* pb = (Stu*)b;
	if(pa->id != pb->id)
		return pa->id - pb->id;
	else 
		return pa->value - pb->value > 0 ? 1 : -1;//使用三目运算符传返回值。
}
int main(){
	scanf("%d", &n);
	for(int i = 0; i < n; i++)
		scanf("%d%lf", &num[i].id, &num[i].value);
	qsort(num, n, sizeof(num[0]), cmp);
	for(int i = 0; i < n; i++)
		printf("%d %lf\n", num[i].id, num[i].value);
	return 0;
}

实际上的使用是对复杂的结构体类型排序的情况居多。掌握好 qsort() 对我们编写程序有很大的帮助。