qsort函数的详细讲解及模拟实现——C语言
目录
一、回调函数
二、qsort函数讲解和使用
2.1、冒泡排序
2.2、 qsort函数的排序与冒泡排序的区别
2.3、qsort函数的讲解及使用方法
2.3.1、qsort函数的特点、功能、及参数的了解
2.3.2、测试qsort排序整型数组
2.3.3、测试qsort排序字符串数组
2.3.4、测试qsort排序结构体数组
三、模拟实现qsort函数
今天博主给大家带来qosrt函数的超详细讲解，qosrt函数是C语言标准库中的专门用来排序的函数，他与其他排序不同的是，qosrt函数可以适用于所有数据类型的比较，而且效率较高，很方便。本篇，将带大家深入了解qsort函数，最后再模拟实现qsort函数，来探讨qosrt函数的实现原理。
一、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，我们就说这是回调函数。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。
qsort函数其实就是利用这种回调函数的原理来实现的。
二、qsort函数讲解和使用
在C语言标准库中有一个qsort函数是专门用来排序的。讲到排序，大家第一时间应该想到的是冒泡排序。这是我们最先接触的一个很基础的排序方法。
2.1、冒泡排序
一组整数，需要排序为升序或者降序。
冒泡排序的思想：两两相邻元素进行比较，如果不满足我们想要的顺序（升序或降序）就进行交换。
具体代码实现如下：
int main()
{
int arr[10] = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,10 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int i = 0;
//趟数
for (i = 0; i < sz - 1; i++)
{
//一趟比较
//两两相邻元素比较
int j = 0;
for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
{
if (arr[j] > arr[j + 1])
{
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
//打印
for (i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}2.2、 qsort函数的排序与冒泡排序的区别
上面冒泡排序看完，大家应该可以发现，
冒泡排序仅限于整数进行排序，比较局限。
冒泡排序效率比较低，时间复杂度较大。
而qsort函数适用于所有类型的数据排序，效率比冒泡排序高，且qsort函数是标准库中自带的函数，可以直接调用，比较方便。
2.3、qsort函数的讲解及使用方法
2.3.1、qsort函数的特点、功能、及参数的了解
其实排序有很多种，除了上面提到的冒泡排序，其实还有选择排序、插入排序、堆排序、快速排序。
qsort函数其实就是采用快速排序的方法来实现。
qsort函数的最大的特点就是适用于所有类型。
参数讲解：
① base指向的是待排序数组的第一个元素（首元素）的地址
②num 指的是base指向的空间里元素的个数
③ 每个元素的大小，单位是字节
④ 函数指针，指向的是比较两个元素的函数，其中有两个参数，分别是p1和p2。p1和p2分别指向传入的两个元素的地址。然后进行比较，p1指向的元素小于p2指向的元素，返回小于0的数，相等返回0，大于返回大于0的数。
注：第四个参数的函数需要我们自己去完成实现的，这个函数指针指向的函数，要能够比较base指向数组中的两个元素。
其次，在实现这个函数的时候，不能直接对void*类型的指针解引用，需要先进行强制类型转换，再解引用。
qsort所需要的头文件是
听到这里，可能有很多同学仍然不理解，仍然有很多疑惑。没关系，这么我们来试着使用一下qsort这个函数。为了更全面的使用，这里我们分别对不同的类型进行测试。
2.3.2、测试qsort排序整型数组
具体代码如下：
int cmp_int(const void* p1, const void* p2) //void*可以接收任何类型的指针
{
return *(int*)p1 - *(int*)p2; //升序
//return *(int*)p2 - *(int*)p1; //降序
}
test1()
{
int arr[10] = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,10 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(int), cmp_int);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
}
int main()
{
test1(); //测试排序整型数组
return 0;
}2.3.3、测试qsort排序字符串数组
具体代码如下：
int cmp_char(const void* p1, const void* p2) //void*可以接收任何类型的指针
{
return *(char*)p1 - *(char*)p2; //升序
//return *(char*)p2 - *(char*)p1; //降序
}
test2()
{
char arr[] = "cbfdehag";
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(char), cmp_char);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%c ", arr[i]);
}
}
int main()
{
test2(); //测试排序字符串数组
return 0;
}2.3.4、测试qsort排序结构体数组
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
int cmp_name(const void* p1, const void* p2) //void*可以接收任何类型的指针
{
return strcmp(((struct Stu*)p1)->name , ((struct Stu*)p1)->name); //升序
//return strcmp(((struct Stu*)p1)->name , ((struct Stu*)p2)->name); //降序
}
void test3()
{
struct Stu arr[] = { {"zhangsan",20},{"lisi",50},{"wangwu",15} };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_name);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%s ", arr[i].name);
}
}
int main()
{
test3(); //测试排序字符串数组
return 0;
}到目前为止，qsort的使用以及讲解完了，想必大家也了解清楚了，这个函数最重要的一点就是我们要弄清楚每个参数的含义，然后根据要比较的数据类型，写出比较两个元素的函数，以函数指针的方式作为参数传入qsort函数。（也就是文章开始讲到的回调函数）
三、模拟实现qsort函数
当我们简单了解qsort函数以及学会使用qsort函数之后，最后我们来更深入的学习一下qsort函数的实现原理，然后来模拟实现qsort函数。
博主这里模拟qsrt函数是使用冒泡排序的思想，但是仍然可以适用于所有数据类型比较。
首先，不能按照原来的冒泡排序的代码来操作了，因为那种冒泡排序只能接收整型数组，也就是比较整数，达不到我们想要的效果，所以我们就要仿照qsort那样的参数设计，使用void*就可以接收任何类型的数据。
其次，也不能按照冒泡排序的比较方式，'>'，'<','='。这种比较方式只能比较整数，当我们想要比较结构体的名字成员变量的时候，我们需要用到strcmp。也就是对于不同的数据我们还是需要单独设计一个比较的函数，然后以函数指针的参数形式传入qsort函数。也就是回调函数的思想。
最后，因为用到的是冒泡排序的思想，也就是当两两元素比较完之后，要进行交换，针对不同的数据，我们交换的方式也不同，不能采用简单的创建临时变量来进行交换了。这么我们就需要单独写一个交换数据的函数，然后 逐个字节交换。
分析完这些之后，我们来一起模拟实现一下。
先拿整型数组测试，具体代码如下：
int cmp_int(const void* p1, const void* p2) //void*可以接收任何类型的指针
{
return *(int*)p1 - *(int*)p2; //升序
//return *(int*)p2 - *(int*)p1; //降序
}
void Swap(char* buf1,char*buf2,int size)//交换arr[j]和arr[j+1]这个元素
{
int i = 0;
char temp = 0;
for (i = 0; i < size; i++)//逐个字节交换
{
temp = *buf1;
*buf1 = *buf2;
*buf2 = temp;
buf1++;
buf2++;
}
}
void bubble_qsort(void* base, int num, int size, int(*cmp)(const void*,const void*))
{
int i = 0;
//趟数
for (i = 0; i < num - 1; i++)
{
int j = 0;
//一趟比较的对数
for (j = 0; j < num - 1 - i; j++)
{
//假设我们需要升序，也就是返回值>0,需要交换
if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)//两两比较
{
//交换
Swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size,size);
}
}
}
}
void test1()
{
int arr[10] = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,10 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
bubble_qsort(arr, sz, sizeof(int), cmp_int);
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
}
int main()
{
test1(); //测试排序整型数组
return 0;
}看到上面代码，大家可能对一些地方存在疑惑，这里博主来统一解释一下。
针对两两比较的时候，这里将两个需要比较的元素的地址来传入cmp中的，那么问题来了，具体是如何拿到这两个需要比较元素的地址呢？因为具体不知道两个元素是什么类型，但是我们知道每个元素的大小size，我们这里是将起始地址base强制转换为char*类型，然后在加上j*size，以及加上（j+1）*size，这样就可以拿到两个元素的地址了，如下图所示
另外一个可能存在的疑惑就是Swap函数，我们这里为了交换两个元素的内容，同样，我们具体不知道两个元素是什么类型，但是我们知道每个元素的大小size，这样我们就可以逐个字节进行交换即可。如下图所示：
如果还有疑惑，那么可以参考我下面提供的图片来理解，可以按照这个图片的序号的顺序和逻辑来理解。如下图所示：
当然，我们这里模拟实现的qsort函数不仅仅限制于整数比较，其他类型也是可以。这里博主就不一 一讲解了，我这里把其他类型比较的代码拿出来，大家可以参考参考，具体代码如下所示：
#include
#include
//利用冒泡排序模拟实现qsort函数
void Swap(char* buf1, char* buf2,int size)//交换arr[j]和arr[j+1]这两个元素
{
int i = 0;
char temp = 0;
for (i = 0; i < size; i++)
{
temp = *buf1;
*buf1 = *buf2;
*buf2 = temp;
buf1++;
buf2++;
}
}
void my_bubble_qsort(void* base, int num, int size,int (*cmp)(const void*,const void*))
{
int i = 0;
for (i = 0; i < num - 1; i++)
{
int j = 0;
for (j = 0; j < num - 1 - i; j++)
{
//假设需要升序，>0就交换
if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)//两个元素比较，需要将arr[j]，arr[j+1]的地址传给cmp
{
//交换函数
Swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size,size);
}
}
}
}
//一、测试排序整型数据
int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{
return *(int*)p1 - *(int*)p2;//升序
}
void test1()
{
int arr[10] = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,10 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
my_bubble_qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
}
//二、测试排序结构体数据——年龄
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
int cmp_struct_age(const void* p1, const void* p2)
{
return ((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;
}
void test2()
{
struct Stu arr[3] = { {"zhangsan",15},{"lisi",50},{"wangwu",20} };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
my_bubble_qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_struct_age);
}
//三、测试排序结构体数据——名字
int cmp_struct_name(const void* p1, const void* p2)
{
return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);
}
void test3()
{
struct Stu arr[3] = { {"zhangsan",15},{"lisi",50},{"wangwu",20} };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
my_bubble_qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_struct_name);
}
int main()
{
//test1();
//test2();
test3();
return 0;
} 好啦，到这里，今天的博主给大家带来的qsort函数讲解到这里就结束啦，如果哪里有问题，欢迎在评论区留言。如果觉得小编写的还不错的，那么可以一键三连哦，您的关注点赞和收藏是对小编最大的鼓励。谢谢大家！！！
