c语言qsort函数的模拟实现

关于qsort函数的预备知识

回调函数

回调函数就是⼀个通过函数指针调用的函数。
如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另⼀个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，被调用的函数就是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。
这样讲也许会有点抽象，等下面讲到实际案例时再具体介绍:>

函数指针类型解析

听到函数指针这名字，我们肯定会想到这一定是个指针吧！其实不然，指针都是用来存放地址的，那么函数指针变量应该是用来存放函数地址的，未来通过地址能够调用函数的。
那么怎么得到一个函数的地址呢？我们来写一段代码:

通过调试我们不难看出函数是有地址的，函数名就是函数的地址，当然也可以通过&函数名的方式获得函数的地址。那么该如何接收函数的地址呢?这时就引入了函数指针,就以Add函数为例吧:

qsort函数用法及相关参数

我们看一下 cplusplus.com给出的解释吧!


(1) 第一个参数便是待排序的第一个元素的地址(此处base指向该地址)，因为不知到该元素的类型，所以用void*来作变量名；
(2) 第二个参数是待排序的元素个数；
(3) 第三个参数便是待排序的每个元素的大小；
(4) 第三个参数是一个函数指针，指向的compar函数能比较两个元素，这个函数是要我们自己实现的；
我们可以观察到compar函数返回类型是int,参数类型是const void*。需要注意的是类型为void*的参数并不能直接比较大小，必须先进行类型转换才能比较！！！

冒泡排序算法

我们看一下最初的冒泡排序算法:

void bubble_sort(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		int flag = 1;
		for (int j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
				flag = 0;
			}
		}
		if (flag == 1)
			break;
	}
}
int main()
{
	int arr[] = { 1,5,3,6,8,8,5,9,6,5 };
	int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	bubble_sort(arr, len);
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	putchar('\n');
	return 0;
}

图解：

通过上面的图解，我们只要知道要循环多少次，其实就没有什么难的了。我们可以用两层for循环来实现冒泡排序。切记外层len次，内层len-i次循环。

模拟实现方法介绍

那么既然明白了冒泡排序算法，那如何改进成类似qsort函数呢？
其实依旧是两层循环，外层len，内存len-i次。有所改变的是比较函数cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width)；
因为不好将待排序元素直接交换，所以这里又用到一个交换函数Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);；
这两个函数中的base都被转为了char*,为什么呢？因为我们并不知道具体的元素类型，为了方便遍历，所以将void*转为char*类型。这时肯定有人会问，为什么不转变为int*，short*等等类型？
答案就在待排序的元素大小，如果待排序的每个元素是结构体，每个占9字节，那么占4字节的int，占2字节的short并不能被整除，从而导致交换不完全！也是为了能让Swap函数每次都能传待比较元素的首字节地址，并且通过j*width和(j+1)*width每次都能跳过一个元素。

void Swap(char* buf1, char* buf2, size_t width)
{
	for (int i = 0; i < width; i++)
	{
		char tmp = *buf1;
		*buf1 = *buf2;
		*buf2 = tmp;
		buf1++; buf2++;
	}
}

所以这的Swap函数中每次交换一个字节，交换width次，便是交换了一个元素，用一个for循环便可实现。

源代码

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
//比较数组元素
int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
	return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}
//比较结构体中的年龄
int cmp_str_by_age(const void* e1, const void* e2)
{
	return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
}
//比较结构体中的字符串
int cmp_str_by_name(const void* e1, const void* e2)
{
	return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}
//交换两个元素（因为不知道元素类型，所以以一字节为单位逐个交换，至width大小）
void Swap(char* buf1, char* buf2, size_t width)
{
	for (int i = 0; i < width; i++)
	{
		char tmp = *buf1;
		*buf1 = *buf2;
		*buf2 = tmp;
		buf1++; buf2++;
	}
}
//其中调用函数指针，指向cmp函数
void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void* e1, const void* e2))
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		int flag = 1;//测试是否已排序完成，提高效率
		for (int 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);
				flag = 0;
			}
		}
		if (flag == 1)
			break;
	}
}
//整形数组
void test1()
{
	int arr1[] = { 1,5,3,6,4,9,2,9,6,5 };
	int len = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
	bubble_sort(arr1, len, sizeof(arr1[0]), cmp_int);
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	putchar('\n');
}
//结构体数组--比较age，整形
void test2()
{
	struct Stu arr2[] = { {"zhangsan",16},{"lisi",37},{"wangwu",22} };
	int len = sizeof(arr2) / sizeof(arr2[0]);
	bubble_sort(arr2, len, sizeof(arr2[0]), cmp_str_by_age);
}
//结构体数组--比较name，字符串
void test3()
{
	struct Stu arr3[] = { {"zhangsan",16},{"lisi",37},{"wangwu",22} };
	int len = sizeof(arr3) / sizeof(arr3[0]);
	bubble_sort(arr3, len, sizeof(arr3[0]), cmp_str_by_name);
	struct Stu* prv = arr3;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		printf("%s  ", prv->name);
		prv++;
	}
}
int main()
{
//三个测试函数
	test1();
	//test2();
	test3();
	
	return 0;
}